Un equipo de investigadores de la Universidad de Córdoba ha desarrollado una batería de sodio y azufre capaz de cumplir más de 2.000 ciclos de carga y descarga, que es además más barata y aporta una autonomía de récord.
En colaboración con la Universidad Nacional de San Luis, en Argentina, un equipo de investigadores del Departamento de Química Inorgánica e Ingeniería Química, del Instituto Químico para La Energía y El Medioambiente (IQUEMA) de la Universidad de Córdoba ha realizado una investigación para desarrollar una nueva tecnología basada en elementos abundantes, económicos y sostenibles.
Este trabajo, que ha sido publicado en la revista Journal of Power Sources, forma parte del proyecto Transición de Litio al Sodio en baterías de Azufre y ha contado con financiación de la Unión Europea, el Ministerio de Ciencia e Innovación y la Junta de Andalucía.
El equipo, que sustenta la tesis doctoral del investigador Álvaro Bonilla, ha creado una batería de sodio y azufre capaz de cumplir más de 2.000 ciclos de carga y descarga, que dura mucho más que las de litio y, además, está fabricada con materias más sostenibles.
La tecnología de baterías de metal-azufre (Li/Na–S) se considera uno de los sistemas de almacenamiento de energía más prometedores debido a su alta capacidad específica de 1.675 mA h/g (miliamperios-hora por gramo de masa), atribuida al azufre. Sin embargo, la rápida degradación de su capacidad, causada principalmente por la disolución del polisulfuro metálico, sigue siendo un desafío significativo antes de las aplicaciones prácticas.
Este trabajo demuestra, por primera vez, que una estructura orgánica de metal basada en Fe (MIL-100(Fe)) puede estabilizar notablemente el comportamiento electroquímico de los cátodos de azufre en celdas de Metal-S durante un ciclo prolongado.
Las baterías de iones de litio están compuestas por celdas, en cuyo interior hay muchas pilas con un cátodo (electrodo positivo) y un ánodo (electrodo negativo), que están en contacto a través del electrolito, un líquido conductor que permite que la energía pase a través de ellos, creando una reacción química reversible. Precisamente, al ser líquido, ese electrolito se solidifica con el tiempo y lo que provoca que la batería pierda capacidad.
El cátodo y el ánodo contienen metales muy tóxicos, y aquí está la clave de la investigación que ha hecho la Universidad cordobesa, ya que el equipo de investigadores ha sustituido los metales tóxicos del cátodo por azufre, un material abundante, económico y sostenible, con mayor densidad energética. Ademas, ha eliminado el litio en el ánodo y han utilizado sodio, también más abundante y accesible, que proporciona una energía equivalente.
Con todo, esta nueva batería de sodio y azufre plantea un importante desafío: el átomo de sodio es más grande que el del litio, lo que dificulta su movimiento durante los procesos de carga y descarga. Para solucionarlo, los investigadores cordobeses incorporaron junto al azufre del cátodo una estructura metálica y orgánica (MOF), basada en hierro. De esta manera, el hierro, que es otro metal abundante y económico, ayudó a mejorar el funcionamiento de la batería.
La porosidad de la estructura MOF, unido al uso del hierro, hizo que la batería funcionara durante más de 2.000 ciclos de carga y descarga en ensayos de laboratorio, un rendimiento difícil de alcanzar en este tipo de baterías, según ha explicado el director de la tesis, Álvaro Caballero, que ha detallado que, "en promedio, se estima que una batería de litio utilizada en teléfonos o coches se carga cada tres días, lo que equivale a más de 120 cargas al año".
Otro de los logros del equipo de investigadores ha sido que la nueva batería de sodio y azufre funcione a temperatura ambiente, ya que los sistemas que hay actualmente en el mercado operan a 300 grados.
Todavía quedan algunos retos por superar, como reducir el tiempo de carga de una hora a diez minutos, un objetivo que sigue siendo parte de la investigación en curso y que es fundamental para los vehículos eléctricos.
