El dispositivo es obra de científicos de la Escuela Pritzker de Ingeniería Molecular de la Universidad de Chicago y del Departamento de Química y Nanoingeniería de la Universidad de California en San Diego. Una batería típica funciona de manera estable durante varios cientos de ciclos de carga y descarga. Al eliminar el ánodo y utilizar sodio en lugar de litio, el dispositivo es más económico y su producción es menos dañina para el medio ambiente. Si esta solución tiene éxito, podría ser útil no sólo en los coches eléctricos, sino también para almacenar energía renovable en las redes eléctricas. Estados Unidos necesita un teravatio de energía por hora. Si queremos deshacernos de los combustibles fósiles, necesitamos baterías con una capacidad total de cientos de teravatios-hora. Necesitamos más baterías y las necesitamos lo más rápido posible, afirma el profesor Way. Shirley Meng.
Los tipos de baterías más populares actualmente son los dispositivos de iones de litio. Por tanto, su producción requiere litio, pero no es muy común. En la corteza terrestre es de unas 20 partes por millón. El sodio es más común. Esto equivale a 20.000 ppm. La disminución de la disponibilidad de litio, combinada con la alta demanda de baterías para teléfonos inteligentes, computadoras portátiles y un número creciente de dispositivos electrónicos y automóviles, ha aumentado dramáticamente el precio del artículo. El litio se convierte en un elemento político. Chile, Argentina y Bolivia juntos poseen hasta el 75% de los recursos mundiales de litio. Por si fuera poco, su extracción y procesamiento es muy perjudicial para el medio ambiente.
Mientras tanto, el sodio no sólo está más extendido, sino que su extracción no destruye la naturaleza tanto como lo hace la minería del litio.
Científicos de Chicago y San Diego tuvieron que desarrollar una nueva arquitectura de dispositivo para que su batería de sodio tuviera una densidad de energía similar a la de las baterías de litio. En las baterías convencionales tenemos un ánodo y un cátodo. El ánodo almacena iones durante la carga y, cuando queremos utilizar la energía almacenada, los iones fluyen hacia el cátodo a través del electrolito.
Las baterías sin ánodo consiguen mayor voltaje, mayor densidad energética, menor tamaño y peso, y son más económicas, sin embargo, no hay rosa que esté exenta de espinas. — En una batería que no tiene ánodo es necesario que haya un buen contacto entre el electrolito y el cátodo. Esto es fácil de lograr con un electrolito líquido, pero no con un electrolito sólido, afirma Discher. Sin embargo, el problema aquí es la formación de SEI (interfase de electrolito sólido), que provoca una pérdida gradual de la capacidad de la celda.
Los creadores de la nueva batería abordaron el problema de otra manera. En lugar de utilizar un electrolito que rodea el electrodo, construyeron un cátodo que rodea el electrolito. El cátodo en este caso es polvo de aluminio, que es un sólido que se comporta como un líquido. Se espesó para formar un cátodo sólido, pero mantuvo un buen contacto con el electrolito, típico de un líquido. — Las baterías de sodio suelen considerarse productos del futuro lejano. «Esperamos que nuestro trabajo reavive el interés por ellas y demuestre que, en algunos casos, pueden ser mucho mejores que las baterías de litio», añade Decher.
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