Mejorando la vida de la batería de sodio-aire

Investigación UPV/EHU

Un equipo de investigación de la UPV/EHU en colaboración con CIC energiGUNE ha demostrado que añadiendo una sal de cesio en el electrolito de las baterías de sodio-aire (Na-O2) aumenta notablemente la vida del dispositivo, lo que impactaría notablemente en la autonomía del vehículo eléctrico.

Foto: Matteo Paganelli / Unsplash

Las baterías de metal-aire son una tecnología prometedora para suceder a las actuales baterías de iones de litio convencionales. Entre las ventajas que cuentan las baterías de metal-aire la más significativa reside en contar con una mayor densidad de energía que las de iones de litio, por lo que este tipo de baterías ofrecería al automóvil una mayor autonomía, uno de los condicionantes fundamentales para la adopción de este tipo de vehículos.

“Las baterías de metal-aire se encuentran entre las más sostenibles ya que los materiales que se utilizan son más respetuosos con el medio ambiente. Estas baterías toman oxígeno del aire, realizan sus procesos electroquímicos para generar la electricidad y cuando hay que volver a cargar la batería vuelven a emitir el oxígeno; es decir, funcionan consumiendo oxígeno y liberando oxígeno. Por eso, se conocen también como las baterías que respiran”, comenta Idoia Ruiz de Larramendi, investigadora del departamento de Química Orgánica e Inorgánica de la Facultad de Ciencia y Tecnología de la UPV/EHU.

Sin embargo, “no todo son ventajas. Uno de los problemas asociados a estas baterías es que presentan una pobre ciclabilidad, es decir, hacen pocos ciclos de carga y descarga”, dice Ruiz de Larramendi. Por ello, “en este trabajo de investigación nos hemos centrado en el diseño racional de electrolitos para su implementación en baterías de sodio-aire. En la actualidad, la mayoría de las baterías del mercado son de iones de litio. Sin embargo, el litio es un metal de abundancia limitada restringida en solo unos pocos países, por lo que en los últimos años se ha despertado el interés en el desarrollo de baterías basadas en sodio como alternativa, ya que se trata de un elemento más abundante, barato y sostenible”, señala la investigadora de la UPV/EHU.

“El electrolito es el encargado de dar movilidad a los iones dentro de la batería. Nuestro objetivo ha sido conseguir que esa movilidad sea la óptima. Para ello, en este estudio hemos trabajado con dos aditivos: el tetrabutilamonio (TBA) y el cesio (Cs) y hemos evaluado el potencial que presentan para mover los aniones de oxígeno por la batería. Ambos cationes son iones de gran tamaño, más grandes que los cationes de sodio que tenemos en el electrolito. Aplicando los principios de la química y apoyándonos en estudios teóricos entendíamos que se iban a unir mejor a los aniones de oxígeno, y así ha sido en ambos casos”, dice Ruiz de Larramendi. “Sin embargo —continúa—, los cationes de cesio han demostrado tener mayor potencial y ser más eficaces que los cationes de TBA porque la carga del Cs es más accesible para el oxígeno. Al añadir una sal de cesio hemos conseguido mejorar la ciclabilidad y llegar hasta más de 90 ciclos de carga y descarga. A día de hoy puede parecer que es poco, pero supone un gran avance hacia la futura comercialización de estos dispositivos”.

Según el equipo, “gracias al correcto diseño del electrolito es posible optimizar la operación de las baterías de sodio-aire. Obviamente, es mejorable y tenemos que seguir trabajando en ello, pero este trabajo es un importante paso en el que se demuestra que con una estrategia tan sencilla como la de añadir una sal de cesio en el electrolito mejoramos notablemente su ciclabilidad, lo que nos permite soñar con una nueva generación de vehículos eléctricos de mayor autonomía.”

Referencia:

Idoia Ruiz de Larramendi, Iñigo Lozano, Marina Enterría, Rosalía Cid, María Echeverría, Sergio Rodríguez Peña, Javier Carrasco, Hegoi Manzano, Garikoitz Beobide, Imanol Landa-Medrano, Teófilo Rojo y Nagore Ortiz-Vitoriano (2021) Unveiling the Role of Tetrabutylammonium and Cesium Bulky Cations in Enhancing Na-O2 Battery Performance Advanced Energy Materials doi: 10.1002/aenm.202102834

Para saber más:

Ionogeles para baterías de sodio
Las baterías ion sodio, la alternativa estacionaria

Edición realizada por César Tomé López a partir de materiales suministrados por UPV/EHU Komunikazioa

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