Científicos desarrollan método innovador y rápido para ayudar al desarrollo de baterías de iones de sodio

Los científicos han descubierto una forma de generar ánodos de baterías de iones de sodio con una tecnología de tratamiento térmico asistida por microondas de 30 segundos.

batería de iones de sodio — Los investigadores del Centro de Investigación de Tecnología Nano Híbrida de KERI desarrollan una innovadora metodología de generación de ánodos para SiB, con la mira puesta en la producción comercial de películas de carbono duro.

Un equipo de investigadores ha ideado una innovadora metodología de generación de material de ánodo en 30 segundos empleando campos magnéticos de microondas para tratar térmicamente capas finas de materiales conductores. La idea es desarrollar esta tecnología para ayudar a la fabricación y adopción de baterías de iones de sodio (SiB, del inglés sodium-ion batteries).

Baterías de sodio frente a baterías de iones de litio

Las baterías de iones de litio (LiB, del inglés lihtium-ion batteries) se han considerado el estándar de la industria para alimentar una variedad de tecnologías, incluido el creciente mercado de bicicletas eléctricas y vehículos eléctricos. Las LiB son las preferidas por su alta densidad energética y su consiguiente naturaleza liviana, debido a su capacidad para almacenar más energía por unidad de peso que otras tecnologías como las SiB.

Según las directrices del Departamento de Transporte del Reino Unido, en 2023 se registraron 338 incendios en bicicletas y patinetes eléctricos. Según el British Safety Council, los incendios de automóviles provocados por baterías de litio aumentaron hasta un 46% en 2023. El riesgo de seguridad que supone el uso de baterías de litio es mucho mayor que el de las de silicio, debido a la naturaleza volátil e inflamable del electrolito líquido utilizado en la tecnología de baterías anterior. Las baterías de iones de sodio pueden emplear un electrolito sólido o líquido, aunque se fabrican principalmente con sales, que confieren una mayor estabilidad electroquímica en comparación con las baterías de litio y facilitan el funcionamiento a bajas temperaturas.

El riesgo de seguridad de las baterías de iones de litio es mayor que el de las baterías de iones de sodio, que pueden ser más estables.

En términos de suministro y disponibilidad de recursos, el sodio es más de mil veces más abundante que el litio y requiere un proceso de extracción y refinación mucho más sencillo que el litio.

El enigma del carbono duro

Convencionalmente, las LiB utilizan capas densamente empaquetadas de grafito como material del ánodo, pero las SiB, que tienen iones de mayor tamaño (en comparación con el sodio y el litio) requieren la naturaleza no estructurada del carbono duro para acomodar estos iones, lo que proporciona un espaciado entre capas más generoso.

Sin embargo, la preparación y síntesis del carbono duro es difícil, costosa e insostenible, ya que requiere una temperatura excesivamente alta de más de 1.000 °C y un entorno sin oxígeno. Esto en sí mismo limita la adopción más amplia de los SiB.

Una metodología innovadora y rápida

El equipo, dirigido por el Dr. Daeho Kim y el Dr. Jong Hwan Park en el Centro de Investigación de Tecnología Nano Híbrida del Instituto de Investigación Electrotecnológica de Corea (KERI), utilizó una técnica de calentamiento rápido asistido por microondas para superar la dificultad de crear ánodos de SiB efectivos.

Mezclaron nanotubos de carbono y polímeros, luego calentaron las películas a temperaturas superiores a 1.400 °C en solo 30 segundos utilizando un campo magnético de microondas. Un método de "simulación multifísica" que ofreció una visión profunda de las intrincadas relaciones entre los campos electromagnéticos y los nanomateriales permitió su éxito. Aprovechando su experiencia previa en el calentamiento por microondas de películas conductoras, esto dio como resultado el desarrollo de un nuevo método para fabricar materiales de ánodo de SiB.

El grupo pretende mejorar la eficiencia de los materiales de ánodo y proporcionar la tecnología necesaria para producir películas de carbono duro a escala comercial. Su método de calentamiento por inducción por microondas también puede encontrar uso en otros campos, como las baterías de estado sólido. El KERI prevé mucha atención de las empresas de almacenamiento de energía y está esperando posibles acuerdos de transferencia de tecnología, para lo que ya ha presentado una patente nacional.