Un nuevo consorcio quiere desarrollar baterías de sodio más sostenibles
Interesante para almacenamiento estacionario, pero también para automóviles
Las baterías del futuro deben ser potentes y sostenibles. Un nuevo proyecto conjunto, coordinado por la Universidad de Würzburg, pretende conseguir que las baterías de iones de sodio cumplan estos requisitos. El Ministerio Federal de Educación e Investigación (BMBF) financia el proyecto con más de dos millones de euros. También participan el Instituto de Tecnología de Karlsruhe / Instituto Helmholtz de Ulm y el Instituto Fraunhofer de Investigación de Silicatos ISC, Würzburg / Centro Fraunhofer de I+D para electromovilidad FZEB.
Existe una alternativa prometedora a las baterías convencionales de iones de litio: las baterías de iones de sodio. En estas baterías, son iones de sodio en lugar de iones de litio los que fluyen de un lado a otro entre los electrodos y, de este modo, almacenan o liberan energía eléctrica.
Las baterías de sodio tienen una gran ventaja: a diferencia del litio, que es relativamente raro, el sodio está disponible en la Tierra en cantidades prácticamente ilimitadas. Como componente natural de la sal, puede extraerse de lagos salados o minas. Además, las baterías de sodio no necesitan los metales igualmente raros cobalto y cobre, que son esenciales para las baterías de litio.
Interesantes para almacenamiento estacionario, pero también para coches
Las baterías de sodio también tienen una desventaja: su densidad energética es baja. Esto significa que tienen que ser más grandes, tanto en tamaño como en peso, para almacenar la misma cantidad de energía que una batería de iones de litio. Por eso son adecuadas sobre todo para aplicaciones en las que el tamaño y el peso no son tan importantes: por ejemplo, como almacenamiento estacionario de energía en casas con paneles solares o como almacenamiento intermedio para compensar las fluctuaciones de la red eléctrica.
Sin embargo, las baterías de sodio también son interesantes para la electromovilidad. "Son adecuadas para coches más pequeños que recorren distancias más cortas", explica la Dra. Guinevere Giffin, que dirige un grupo de investigación junior en la Cátedra de Tecnología Química de Síntesis de Materiales de la Julius-Maximilians-Universität (JMU) de Würzburg, en Baviera (Alemania).
Dos millones de euros del BMBF
La Dra. Guinevere Giffin coordina el nuevo proyecto NaKlaR junto con el profesor Maik Finze, del Instituto de Química Inorgánica (JMU). El objetivo del proyecto es aumentar la eficiencia de las baterías de sodio. También se pretende mejorar su sostenibilidad optimizando el proceso de producción y prestando atención a la reciclabilidad de los componentes desde la fase de desarrollo.
El Ministerio Federal de Educación e Investigación (BMBF) financia el proyecto a través de la Agencia de Gestión de Proyectos del Forschungszentrum Jülich (PTJ) con más de dos millones de euros. Además de la JMU, también participan en NaKlaR el Karlsruhe Institute of Technology / Helmholtz Institute Ulm (Dr. Alberto Varzi) y el Fraunhofer Institute for Silicate Research ISC, Würzburg / Fraunhofer R&D Center for Electromobility FZEB (Dr. Simone Peters).
El proyecto cuenta con el apoyo de un consejo asesor industrial, que permite un intercambio regular de información entre las organizaciones de investigación y la industria. Un consejo asesor industrial seguirá de cerca los trabajos, para asesorar sobre los intereses y necesidades de la industria a lo largo de las actividades de investigación. Entre los miembros del consejo asesor se encuentran las empresas E-lyte Innovations GmbH, Carl Padberg Zentrifugenbau (CEPA), CellCircle UG y Leclanché GmbH.
Las baterías son sistemas muy complejos
El reto al que se enfrenta el equipo del proyecto no es trivial. "Las baterías son sistemas muy complejos", afirma el Dr. Giffin. Todos los componentes tienen que estar adaptados entre sí con gran precisión para garantizar un buen rendimiento, seguridad y vida útil".
Una parte del trabajo consiste en producir los electrodos de las baterías de la forma más sostenible posible. Actualmente se utiliza un disolvente orgánico tóxico para mezclar y recubrir los componentes de los electrodos. Al equipo del proyecto le gustaría sustituir este disolvente por agua, pero esto plantea nuevos retos. Incluso pequeñas cantidades de agua en los electrodos pueden causar problemas en las celdas de la batería.
Proteger del agua los electrolitos y los materiales activos
Hay que desarrollar nuevos electrolitos de alto rendimiento que permanezcan estables en presencia de moléculas de agua. Los electrolitos son los líquidos que transportan los iones de litio o sodio a través de la pila. Los materiales activos responsables del almacenamiento de energía en la pila también deben protegerse porque se degradan en el agua, lo que perjudica considerablemente el rendimiento de la pila.
Para los materiales activos que contienen metales de bajo valor, como es el caso de la pila de sodio, puede resultar más rentable un proceso de reciclado directo. El proyecto NaKlaR también persigue específicamente el reciclado directo. A diferencia de las pilas de iones de litio, en las que actualmente sólo se reciclan los metales valiosos, el reciclado directo conserva el material activo en su estructura original, de modo que, en principio, puede utilizarse directamente para la producción de nuevas pilas.
El proyecto conjunto se financiará durante tres años
El proyecto conjunto NaKlaR se puso en marcha a principios de diciembre de 2023 y tendrá una duración de tres años. Al final del proyecto, el equipo aspira a haber desarrollado una batería de sodio basada en materiales catódicos protegidos, producción acuosa de los electrodos y electrolitos resistentes a la hidrólisis. Al mismo tiempo, esta batería debería tener un rendimiento más o menos equivalente al de las pilas de referencia actuales. Además, el objetivo es producir pilas que contengan al menos un 25 por ciento de material de electrodo reciclado sin ninguna pérdida significativa de rendimiento.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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