Entre ellas, las baterías de iones de sodio (Na) tienen un gran potencial para representar la próxima generación de soluciones de almacenamiento de energía de bajo coste y respetuosas con el medio ambiente. Los diversos indicadores clave de rendimiento requeridos por las diferentes aplicaciones y la diversificación del mercado son la fuerza motriz que empuja a la tecnología de Na-ion a acercarse al mercado.
Un equipo de científicos, entre los que se encuentra el WMG de la Universidad de Warwick, combinó sus conocimientos y experiencia para evaluar el estado actual de la tecnología de Na-ion, desde los materiales hasta el desarrollo de las celdas, ofreciendo una comparación realista de los indicadores clave de rendimiento de las NBs y las LIBs.
Las LIBs desempeñan un papel primordial en la transición hacia una economía baja en carbono. Sin embargo, a medida que el mercado se expande rápidamente, los retos medioambientales y sociales asociados a la producción en masa de las LIBs están provocando una gran atención hacia la búsqueda de soluciones alternativas de almacenamiento de energía basadas en materiales que puedan obtenerse de forma sostenible y responsable. En este escenario, las BNI representan una tecnología alternativa de almacenamiento de energía de bajo coste, sostenible y más respetuosa con el medio ambiente.
En el artículo «Challenges of today for Na-based batteries of the future: from materials to cell metrics», publicado el 18 de septiembre de 2020 en el Journal of Power Sources, un amplio equipo de científicos expertos en tecnología de Na-ion, liderados por el WMG, en la Universidad de Warwick (Reino Unido) analizan la perspectiva de que las BNI ocupen un lugar en el mercado de almacenamiento de energía. El trabajo incluye también a investigadores del Instituto Helmholtz de Ulm (Alemania), el College de France (Francia), la Universidad Humboldt de Berlín (Alemania), el Instituto de Tecnología Energética (Noruega), la Universidad de Picardía Julio Verne (Francia), la Universidad de Burdeos (Francia) y el CIC energiGUNE (España).
Las baterías basadas en el Na ofrecen una combinación de propiedades atractivas. Son de bajo coste, utilizan precursores sostenibles y tienen un suministro seguro de materias primas. Además, se consideran una tecnología «drop-in» que podría beneficiarse de las instalaciones de fabricación de baterías de iones de litio ya existentes.
Al igual que los sistemas basados en el Li, las baterías basadas en el Na se presentan en diferentes formas, como el Na-ion, las baterías de estado sólido de Na, el NaO2 y el Na/S. Mientras que las últimas se consideran tecnologías futuras disruptivas, la tecnología de Na-ion representa una tecnología atractiva casi lista para desafiar a las baterías de Li-ion en aplicaciones específicas.
Las métricas de rendimiento son de suma importancia para que la tecnología SIB asegure un coste competitivo por Wh y encuentre un lugar en el mercado. En este trabajo, se han revisado los materiales de electrodos y los sistemas de electrolitos más prometedores y se han utilizado las métricas de rendimiento de la literatura académica para extrapolar los indicadores de rendimiento de las células de iones de sodio completas.
Los autores indican que, con el desarrollo en curso, los mejores materiales disponibles en la actualidad para las células de iones de Na deberían permitir acercarse a la densidad energética de la actual generación de células comerciales de iones de Litio. Uno de los campos de aplicación más importantes para los prototipos de baterías de iones de sodio desarrollados es, sin duda, el de los sistemas estacionarios de almacenamiento de energía, donde el coste y la vida útil representan dos parámetros fundamentales. «En este campo, las baterías de iones de sodio tienen el potencial de dominar el mercado futuro, ya que representan el sistema más prometedor para llenar el vacío existente entre la producción y la utilización de la energía, asegurando su suministro. Sin embargo, las aplicaciones de alta potencia en el campo de la automoción electrificada son un nicho potencial de aplicación para las BNI», afirma la Dra. Ivana Hasa, profesora adjunta del WMG.
Se necesitan más mejoras tecnológicas para aumentar el rendimiento, especialmente en términos de densidad energética. Se han conseguido resultados muy alentadores para la tecnología de Na-ion en muy poco tiempo en comparación con la tecnología de Li-ion. La mejora tecnológica se logrará mediante la optimización de la fabricación/montaje de los componentes de las células, como ha ocurrido en los últimos treinta años con la tecnología LIB.
La Dra. Ivana Hasa, del WMG de la Universidad de Warwick, comenta: «Desde el punto de vista de la investigación aplicada, los futuros esfuerzos de investigación deberían dedicarse a la investigación fundamental, el descubrimiento de materiales y la comprensión de los procesos termodinámicos y cinéticos que rigen la química de estos sistemas. Además, la investigación de las baterías de iones de Na a gran escala es de importancia primordial para obtener datos realistas que sirvan de referencia para el progreso de la tecnología, así como la adopción de una metodología de información común en la comunidad científica que permita una comparación justa entre los resultados de rendimiento».