Baterías de sodio: la alternativa al litio para impulsar la transición energética

Un equipo de la Universidad de Córdoba forma parte de un consorcio internacional para desarrollar baterías de iones de sodio más eficientes y duraderas, una alternativa a las baterías de litio que podría revolucionar el almacenamiento energético y reducir la dependencia de materiales críticos como el litio o el cobalto.

La investigación se está realizando como parte del proyecto MASTER (Control de la superficie de electrodos para lograr una capacidad reversible ultraalta por sus siglas en inglés), que está financiado por la convocatoria europea M-era.net y la Agencia Estatal de Investigación española, y reúne a cuatro grupos de investigación de tres países: España, Bulgaria y Turquía.

Las baterías de sodio pueden ser una alternativa sostenible a las de litio.

«El sodio es mucho más abundante que el litio y está distribuido de manera más uniforme en todo el mundo», explica el investigador José Luis Tirado, que participa en el proyecto y es catedrático del departamento de Química Inorgánica e Ingeniería Química de la UCO. «Mientras que el litio es escaso y está concentrado en regiones como el triángulo de Bolivia, Argentina y Chile, donde su extracción presenta problemas geopolíticos», añade.

Las baterías de iones de litio convencionales utilizan como cátodo un óxido de litio y cobalto. Además de los problemas que presenta el litio por su escasez y concentración geográfica, el cobalto también es considerado un metal crítico, ya que es escaso y su extracción conlleva problemas éticos, como los casos de trabajo infantil que se han denunciado en algunos países africanos.

Frente a estos problemas, las baterías de iones de sodio suponen una alternativa más sostenible. Pero la tecnología aún tiene limitaciones importantes. «El sodio se parece al litio en cuanto a su electroquímica, aunque no permite alcanzar voltajes tan elevados y las capacidades pueden ser algo más reducidas», señala Tirado. Por ello, el equipo de la UCO trabaja en dos líneas complementarias: aumentar la estabilidad del cátodo y mejorar su voltaje de trabajo. «No se trata de sustituir completamente al litio, sino de coexistir con él para determinadas aplicaciones», aclara el investigador.

Aunque las baterías de sodio son más pesadas que las de litio —lo que podría limitar su uso en algunas aplicaciones, como coches eléctricos—, podrían ser una buena alternativa para almacenar energía de forma estacionaria. Es decir, en aplicaciones donde el peso no es un factor crítico, como puede ser el almacenamiento masivo de energías renovables.

«Lo importante es que sean capaces de almacenar la energía que provenga, por ejemplo, de placas solares o turbinas eólicas, y proporcionarla cuando sea necesario», explica el investigador, señalando que estas baterías podrían ser fundamentales para gestionar la intermitencia de las energías renovables.

Además, esta tecnología podría adoptarse a nivel industrial con relativa facilidad, ya que adaptar la infraestructura existente para la producción de baterías de litio solo requeriría cambios moderados.

Diseño innovador para aumentar su rendimiento 

Para aumentar la estabilidad y el rendimiento de las baterías de sodio, el grupo de investigación de la UCO está trabajando para recubrir las partículas que forman el cátodo con materiales específicos que sean capaces de protegerlo, sin disminuir su actividad. «Recubrimos las partículas con materiales inertes para protegerlas del deterioro durante el uso, mientras que también sustituimos parcialmente elementos dentro de la estructura para aumentar el voltaje de trabajo», detalla Tirado.

Esta doble estrategia ha dado resultados prometedores. «En algunos casos, el aumento de la estabilidad es tan significativo que podemos hablar de un cambio cualitativo, ya que, sin recubrimiento, el material sería incapaz de aguantar un número mínimo de ciclos», subraya el investigador.

El equipo de la UCO ha trabajado con distintos elementos sustituyentes en óxidos laminares, pero sobre todo con fosfatos de vanadio, donde fueron pioneros en descubrir que la sustitución parcial del vanadio por hierro o aluminio conseguía aumentar el voltaje de trabajo, acercándose a la densidad energética de las baterías de litio.

«Es un tema muy candente», concluye el investigador, señalando que grandes proyectos en países como Alemania están apostando por esta tecnología. La revista Science destacó recientemente que «las baterías de sodio podrían un día cargar energía a la economía verde», confirmando el potencial de esta línea de investigación en la que la Universidad de Córdoba juega un papel relevante.

El consorcio continuará trabajando para optimizar estos materiales, con el objetivo de acercarse cada vez más a las prestaciones de las baterías de litio, pero con las ventajas de sostenibilidad y disponibilidad que ofrece el sodio.