Las nuevas baterías de estado sólido a base de sodio podrían permitir una carga más rápida y una mayor capacidad

Los investigadores del Instituto Federal de Investigación y Ensayo de Materiales (BAM) de Alemania están rediseñando las baterías de estado sólido para superar el techo alcanzado por las actuales pilas de iones de litio. Su proyecto se centra en un nuevo electrolito conductor superiónico de sodio (NASICON) que podría desbloquear una carga más rápida, una vida útil más larga y costes más bajos sin comprometer la seguridad.

Las pilas de iones de litio convencionales se basan en ánodos de grafito que almacenan un número finito de iones. El cambio al litio metálico -o al sodio, más barato y abundante- aumentaría la densidad energética hasta en un 40%. La pega es que los ánodos sólidos necesitan un electrolito sólido, y la interfaz rígida entre ambos suele formar huecos que inutilizan la batería. Un ánodo parcialmente líquido puede resolver ese problema de interfaz, pero sólo si todo el sistema se mantiene estable.

El equipo del BAM, dirigido por el investigador invitado Gustav Graeber, ya ha demostrado que un ánodo líquido de metal alcalino puede proporcionar una potencia 100 veces superior a la del grafito. Ahora mismo, sin embargo, ese rendimiento récord sólo aparece a unos 250°C (482°F). Para bajar la tecnología a temperatura ambiente, los investigadores añaden potasio para reducir el punto de fusión del ánodo. La mayoría de los electrolitos sólidos se degradan en contacto con el potasio, por lo que el electrolito se convierte en el nuevo cuello de botella.

Los materiales NASICON rompen ese impasse. Conducen bien los iones en condiciones ambientales y toleran el potasio, especialmente cuando están dopados con hafnio. El hafnio, sin embargo, es escaso y caro. Por ello, el proyecto BAM criba dopantes abundantes en tierra que puedan igualar el efecto estabilizador del hafnio. Las composiciones más prometedoras ya se están integrando y ciclando en prototipos de células de sodio.

Si la búsqueda tiene éxito, las pilas de sodio de estado sólido podrían pasar del laboratorio a los dispositivos cotidianos y los vehículos eléctricos. Una mayor densidad energética prolongaría el tiempo de funcionamiento, mientras que los electrolitos sólidos mejorarían la seguridad intrínseca. Una carga más rápida y una cadena de suministro que se apoye en el abundante sodio en lugar del escaso litio y cobalto harían que la tecnología resultara atractiva también para el almacenamiento en red, un paso incremental pero significativo hacia sistemas energéticos con menos emisiones de carbono.