Un nuevo estudio muestra que una batería comercial de iones de sodio producida por una empresa china puede competir con la batería de iones de litio de Tesla en términos de consistencia de fabricación y múltiples indicadores clave de rendimiento, lo que abre perspectivas para que esta nueva tecnología de batería de bajo costo acelere su aplicación en vehículos eléctricos y almacenamiento de energía en red. El equipo de investigación señaló que si se pueden lograr más avances en las capacidades de carga a baja temperatura y la densidad de energía, se espera que las baterías de iones de sodio se conviertan en una alternativa más rentable en vehículos eléctricos y sistemas de almacenamiento de energía a gran escala.
El estudio, publicado en Cell Reports Physical Science, una revista de Cell Press, se basa en una batería comercial de iones de sodio que se ha utilizado en turismos y proyectos de almacenamiento de energía a gran escala en China. Los resultados muestran que esta batería lanzada por la empresa china Hina se acerca al nivel de las baterías de iones de litio que utiliza actualmente Tesla en términos de uniformidad del proceso de fabricación y rendimiento general. Los investigadores creen que el descubrimiento significa que la industrialización de la tecnología de iones de sodio será más rápida de lo que muchos en la industria esperaban anteriormente.
Moritz Schütte, investigador de baterías de la Universidad RWTH Aachen en Alemania, dijo que la consistencia, el rendimiento de alta velocidad y el rendimiento a baja temperatura de este lote de celdas las hacen atractivas para el almacenamiento de energía estacionario, servicios auxiliares de red y vehículos comerciales o de corta distancia que son relativamente insensibles a los requisitos de resistencia, pero que están más preocupados por el costo y el suministro de recursos. A nivel material, la tecnología de iones de sodio utiliza sodio en lugar de litio como ion central portador de corriente. Con la ayuda del sodio, un elemento más abundante y ampliamente existente, se espera reducir significativamente el costo de las materias primas de las baterías y aliviar los riesgos a largo plazo de la cadena de suministro.
Para evaluar la brecha entre esta batería de iones de sodio de Zhongke Hainan y la batería de litio avanzada de Tesla, el equipo de investigación realizó una prueba sistemática en 120 celdas y utilizó métodos de prueba no destructivos, como la espectroscopia de impedancia electroquímica, para evaluar su consistencia de fabricación. Luego, el equipo probó la potencia y la producción de energía de las celdas de la batería a diferentes velocidades de carga y temperaturas que oscilaban entre -20 °C y 45 °C en condiciones que simulaban el uso en la vida real. A través de imágenes de rayos X y análisis de desmontaje, los investigadores también caracterizaron cuidadosamente la estructura interna de la batería, el tamaño de la pieza polar, la composición del material y las características microscópicas.
Los resultados del análisis muestran que el diseño estructural de la batería de iones de sodio es bastante maduro y utiliza diseños como orejas sin electrodos y colectores de corriente de aluminio dobles para reducir la resistencia interna y mejorar la uniformidad de la distribución de la temperatura. Su diseño general es muy similar a la arquitectura actual de baterías de Tesla. Schütte afirmó sin rodeos que el equipo quedó "gratamente sorprendido" por la consistencia de este lote de células, creyendo que su nivel de fabricación ha superado con creces la impresión tradicional de "los primeros productos comerciales de iones de sodio". A velocidades elevadas, las capacidades de salida de la batería de iones de sodio también son mejores de lo que los investigadores esperaban normalmente para los primeros productos comerciales.
A pesar de su impresionante rendimiento, las investigaciones también señalan que la batería de iones de sodio todavía tiene deficiencias clave en comparación con las baterías de iones de litio de primera categoría. En cuanto a la carga a baja temperatura, el rendimiento de la batería sigue siendo insuficiente. Las aplicaciones que se cargan con frecuencia en condiciones de baja temperatura ambiente requieren estrategias de gestión térmica y planes de operación más sofisticados. El equipo de investigación también detectó un contenido de cobre anormalmente alto y distribuido de manera desigual en áreas locales del cátodo, lo que generó más preguntas sobre su papel en el rendimiento a largo plazo y el comportamiento de envejecimiento.
En la actualidad, las baterías comerciales de iones de sodio todavía están por detrás de los productos de iones de litio más avanzados en términos de densidad energética, y la madurez de las tecnologías relacionadas también es relativamente baja. Sin embargo, las investigaciones muestran que este tipo de batería aún puede mantener un buen rendimiento de salida en entornos de baja temperatura y alta carga, lo que le otorga ventajas potenciales en el almacenamiento de energía estacionario y en aplicaciones de vehículos que operan en áreas frías. Schütte dijo que en el futuro, el atractivo de la tecnología de iones de sodio aumentará aún más si puede mantener una densidad energética competitiva y al mismo tiempo eliminar la dependencia de metales como el níquel y el cobre.
En el siguiente paso, el equipo de investigación planea centrarse en mejorar el comportamiento de carga de las baterías de iones de sodio en entornos por debajo de 0 °C para lograr una carga más segura y eficiente en condiciones de frío extremo. En términos de sistemas de materiales, mejorar las fórmulas de electrolitos y ánodos de carbono duro se considera una de las direcciones más prometedoras. El Ministerio Federal de Investigación, Tecnología y Espacio de Alemania y el Ministerio Federal de Economía y Energía han financiado investigaciones relevantes, lo que demuestra que los departamentos gubernamentales y de investigación científica europeos están prestando mucha atención al potencial de las rutas de iones de sodio en el panorama tecnológico de baterías de próxima generación.