Revolucionaria batería de Aluminio y Sodio de estado sólido

La primera batería de estado sólido sin ánodo del mundo es potente, económica y duradera

El diseño utiliza polvo de aluminio, que fluye como un líquido, comprimido bajo alta presión para formar un colector sólido en contacto similar al de un líquido con el electrolito.

El candidato a doctorado de la UC San Diego, Grayson Deysher, es el primer autor del artículo que describe el trabajo del equipo.

Un equipo de investigadores ha combinado las mejores tecnologías de baterías para crear la primera batería de estado sólido de sodio sin ánodo del mundo.

El diseño del equipo utiliza un electrolito sólido estable y presión para formar sodio metálico denso. Un colector de corriente de aluminio garantiza un decapado y decapado de sodio eficiente y repetible a altas capacidades y velocidades.

Este nuevo tipo de batería será menos costosa y menos dañina para el medio ambiente ya que se eliminará el ánodo y se utilizará sodio, que es barato y abundante, en lugar de litio.

“Aunque ya existían baterías de sodio, de estado sólido y sin ánodo, hasta ahora nadie había podido combinar con éxito estas tres ideas”, dijo Grayson Deysher, candidato a doctorado en la UC San Diego y primer autor del estudio, en una declaración.

Según el equipo, la innovación puede ayudar a crear baterías económicas, de carga rápida y alta capacidad para vehículos eléctricos (VE) y almacenamiento en red.

Innovación en baterías sin ánodo

En comparación con el sodio, que constituye 20.000 partes por millón de la corteza terrestre, el litio constituye sólo unas 20 partes por millón.

La creciente escasez de baterías de iones de litio para ordenadores, teléfonos y vehículos eléctricos ha provocado un fuerte aumento de sus precios, volviéndolas aún más inasequibles.

El sodio es más abundante en el medio ambiente y se encuentra frecuentemente en el agua del océano y en la minería de carbonato de sodio.

Para que esta idea se hiciera realidad, el grupo tuvo que desarrollar una arquitectura de batería de sodio completamente nueva para producir una batería de sodio con la densidad energética de una batería de litio.

En las baterías convencionales, los iones se almacenan en el ánodo durante el proceso de carga. Cuando la batería está en funcionamiento, los iones pasan del ánodo al cátodo, o colector de corriente, a través de un electrolito, alimentando automóviles y otros dispositivos en el proceso.

Según los investigadores, las baterías sin ánodo eliminan el ánodo y depositan el metal alcalino directamente sobre el colector de corriente, almacenando allí los iones mediante medios electroquímicos. Aunque este método tiene inconvenientes, ofrece una mayor densidad energética, un menor coste de las celdas y un mayor voltaje de las mismas.

“En cualquier batería sin ánodo es necesario que haya un buen contacto entre el electrolito y el colector de corriente. Esto suele ser muy fácil cuando se utiliza un electrolito líquido, ya que el líquido puede fluir por todas partes y mojar todas las superficies. Un electrolito sólido no puede hacer esto”, dijo Deysher.

Los electrolitos líquidos provocan una acumulación llamada interfase de electrolito sólido, que consume de manera constante los materiales activos y reduce la utilidad de la batería con el tiempo.

Diseño innovador de batería de sodio

El equipo ideó una solución innovadora al crear un colector de corriente que rodea el electrolito en lugar del enfoque habitual.

Para fabricar el colector de corriente se utilizó polvo de aluminio, que puede fluir como un líquido. Durante el montaje de la batería, este polvo se comprimió a alta presión para formar un colector de corriente sólido, manteniendo al mismo tiempo un contacto similar al del líquido con el electrolito.

Según los investigadores, este método permite un ciclismo de bajo costo y alta eficiencia, lo que supone un avance en esta tecnología revolucionaria.

“ Las baterías de estado sólido de sodio suelen considerarse una tecnología de un futuro lejano, pero esperamos que este artículo pueda impulsar un mayor impulso en el área del sodio al demostrar que, de hecho, puede funcionar bien, incluso mejor que la versión de litio en algunos casos”, afirmó Deysher.

El equipo imagina un futuro en el que una variedad de baterías limpias y asequibles almacenen energía renovable adaptada a las necesidades de la sociedad.

Los detalles de la investigación realizada por miembros de la Escuela Pritzker de Ingeniería Molecular de la UChicago y de la Universidad de California en San Diego fueron publicados en la revista Nature Energy