De ESS News
A medida que las baterías de iones de litio siguen mejorando tanto en rendimiento como en costo, cada vez es más difícil que las tecnologías alternativas puedan competir con las actuales. Sin embargo, el interés por las baterías de estado sólido, que prometen una mayor densidad energética y seguridad, ha aumentado considerablemente en los últimos tiempos.
Al igual que las baterías de iones de litio, las baterías de estado sólido almacenan energía y la liberan para alimentar dispositivos. Pero en lugar de los electrolitos líquidos o de gel polimérico que se utilizan en las celdas de iones de litio, las baterías de estado sólido se basan en un electrolito sólido.
Basándose en este principio, investigadores de la Universidad de Chicago han desarrollado un nuevo electrolito sólido a base de sodio que, según se informa, puede mantener su rendimiento incluso a temperaturas bajo cero.
«No se trata de una cuestión de sodio frente a litio. Necesitamos ambos», afirmó Y. Shirley Meng, profesora de Ingeniería Molecular de la familia Liew en la Escuela Pritzker de Ingeniería Molecular de la Universidad de Chicago. «Cuando pensamos en las soluciones de almacenamiento de energía del futuro, debemos imaginar la misma gigafábrica produciendo productos basados tanto en la química del litio como en la del sodio».
El equipo identificó una estructura metaestable particular del hidruro de sodio con una conductividad iónica muy alta. Al enfriarla rápidamente, pudieron estabilizar su estructura cristalina. A continuación, este electrolito sólido se combinó con un cátodo a base de ozono recubierto con un electrolito de cloruro para crear cátodos de alta carga superficial.
A continuación, la gruesa capa de cátodo se combinó con un ánodo de aleación de alta capacidad. Esta combinación, junto con el enfriamiento rápido del hidruro de boro y sodio, «bloqueó» eficazmente la estructura cristalina del material, al tiempo que permitió una rápida movilidad de los iones de sodio (Na⁺).
«Las simulaciones de dinámica molecular de alto rendimiento revelan que la propensión al movimiento de los aniones aumenta significativamente la población de Na⁺ altamente móviles sin afectar a la energía de activación», explicaron los investigadores.
«Esta estructura metaestable del hidruro de boro sódico presenta una conductividad iónica al menos diez veces superior a la descrita anteriormente, y entre tres y cuatro órdenes de magnitud superior a la de su precursor», afirmó el coautor Sam Oh.
El equipo cree que el uso de cátodos más gruesos podría aumentar la densidad energética de las baterías de estado sólido. «Aún queda un largo camino por recorrer, pero esta investigación abre nuevas posibilidades para la tecnología», afirmó Oh.
El trabajo de investigación se puede consultar en «Metastable sodium closo-hydridoborates for all-solid-state batteries with thick cathodes» (Closo-hidruroboratos de sodio metaestables para baterías de estado sólido con cátodos gruesos), publicado en Joule.
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