Investigadores de la Universidad Técnica de Múnich (TUM) y la Universidad RWTH de Aquisgrán (Alemania) han comparado el rendimiento eléctrico de las baterías de iones de sodio (SIB) de alta energía con el de una batería de iones de litio (LIB) de alta energía de última generación con cátodo de fosfato de hierro y litio (LFP) y han descubierto que el estado de carga y la temperatura influyen más en la resistencia al impulso y la impedancia de las SIB que de las LIB.
«Los SIB suelen considerarse un sustituto inmediato de las LIB», afirman los científicos. «Sin embargo, las diferencias en el comportamiento electroquímico del sodio y el litio requieren adaptaciones tanto en el ánodo como en el cátodo. Mientras que para las LIB se suele utilizar grafito como material anódico, para las SIB se considera actualmente que el carbono duro es el material más prometedor para las SIB».
También explicaron que su trabajo pretendía llenar un vacío en la investigación, ya que todavía hay una falta de conocimiento sobre el comportamiento eléctrico de los SIBs en términos de temperaturas variables y estados de carga (SOCs).
El equipo de investigación realizó, en particular, mediciones del rendimiento eléctrico a temperaturas comprendidas entre 10 ºC y 45 ºC y mediciones de la tensión en circuito abierto de la célula completa a diferentes temperaturas, así como mediciones de media célula de las células correspondientes a 25 ºC.
«Además, investigamos la influencia de la temperatura y el SOC tanto en la resistencia de corriente continua (R DC) como en la espectroscopia de impedancia electroquímica galvanostática (GEIS)», especificaba. «Para examinar la capacidad utilizable, la energía utilizable y la eficiencia energética en condiciones dinámicas, realizamos pruebas de capacidad de tasa aplicando diferentes tasas de carga a diferentes temperaturas».
Las mediciones se realizaron en una LIB, una SIB basada en un cátodo de níquel-manganeso-hierro y una LIB con un cátodo de LFP, y se comprobó que todos los dispositivos mostraban una histéresis en la tensión de circuito abierto entre la carga y la descarga.
«Curiosamente, en el caso de los SIB, la histéresis se produce sobre todo a SOC bajos, lo que, según las mediciones de media celda, se debe probablemente al ánodo de carbono duro», subrayan los académicos. «El R DC y la impedancia de la LIB muestran muy poca dependencia del SOC. Por el contrario, en el caso de las SIB, el R DC y la impedancia aumentan significativamente a SOC inferiores al 30%, mientras que SOC superiores tienen el efecto contrario y conducen a valores de R DC e impedancia más bajos».
Además, comprobaron que la dependencia de la temperatura de R DC e impedancia es mayor para los SIB que para las LIB. «Las pruebas de las LIB no muestran una influencia significativa del SOC en la eficiencia de ida y vuelta. En cambio, el ciclado de las SIB del 50% al 100% de SOC puede reducir las pérdidas de eficiencia en más de la mitad en comparación con el ciclado del 0% al 50%», explicaron además, señalando que la eficiencia de las SIB crece drásticamente al ciclar las células en un rango de SOC más alto en comparación con un rango de SOC más bajo.
Sus conclusiones figuran en el estudio «Comparing the electrical performance of commercial sodium-ion and lithium-iron-phosphate batteries» (Comparación del rendimiento eléctrico de las baterías comerciales de iones de sodio y de litio-hierro-fosfato), publicado en la revista Journal of Power Sources. «Nuestros resultados indican que el estado de carga durante el ciclado afecta significativamente a la eficiencia de las baterías de iones de sodio y, por tanto, debe tenerse en cuenta», concluyen.
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