Un equipo de investigadores ha logrado un avance significativo en el desarrollo de baterías de iones de sodio (BIS) al crear un novedoso material de cátodo que mantiene su rendimiento incluso a altas temperaturas. El nuevo cátodo, un sulfato de hierro modificado con magnesio, demuestra una durabilidad excepcional y una mayor eficiencia, lo que podría impulsar el uso de las BIS en el almacenamiento de energía a gran escala.
Las baterías de iones de sodio son una alternativa prometedora a las de iones de litio debido a su menor costo y a que el sodio es un mineral abundante en la tierra. Sin embargo, su uso se ha visto limitado por la inestabilidad de sus materiales de cátodo, especialmente en condiciones de calor o alta humedad. Estos materiales tienden a degradarse rápidamente, lo que afecta su rendimiento y vida útil.
Para superar este desafío, un equipo de científicos de la Universidad de Zhengzhou, en colaboración con la Universidad de Wollongong, creó un nuevo material de cátodo de sulfato de hierro dopado con magnesio. El estudio, publicado en febrero de 2025 en la revista eScience, describe cómo la adición precisa de iones de magnesio mejora la integridad estructural y la estabilidad electroquímica del material, permitiendo que la batería funcione de manera óptima incluso a 60 °C.
El nuevo material, llamado Na₂.₄₆₆Fe₁.₇₂₄Mg₀.₀₄₃(SO₄)₃ (NFMS), incorpora magnesio en los sitios del hierro en la red cristalina del sulfato. Esta modificación no solo abre vías más amplias para el movimiento de los iones de sodio, sino que también reduce la densidad electrónica en la superficie del material. Esto último es crucial, ya que minimiza las reacciones adversas con el agua y los electrolitos, que suelen causar degradación.
Las pruebas de laboratorio revelaron resultados impresionantes:-
-El material mantuvo un 70,8 % de su capacidad después de 5000 ciclos a 60 °C.
-Alcanzó una alta eficiencia coulombica del 99,3 %. La eficiencia coulombica (EC) es la relación entre la carga eléctrica extraída de una batería durante la descarga y la carga eléctrica introducida en la batería durante la carga en un ciclo completo.
-Formó una interfaz estable entre el cátodo y el electrolito, previniendo la degradación y la formación de gases.
-En pruebas de celda completa con un ánodo de carbono duro, la batería retuvo el 70,3 % de su capacidad después de 190 ciclos.
El profesor Weihua Chen, autor del estudio, afirmó que este trabajo «proporciona una estrategia integral para estabilizar los cátodos de las baterías de iones de sodio en condiciones extremas. Al modificar inteligentemente la química del cristal, no solo mejoramos la cinética de los iones, sino que también incrementamos enormemente su resistencia a la degradación ambiental».
El desarrollo de este cátodo representa un gran paso hacia la comercialización de baterías de iones de sodio duraderas y rentables. Su capacidad para operar en entornos de alta temperatura las hace ideales para el almacenamiento de energía a nivel de red, así como para vehículos eléctricos en regiones cálidas, donde las baterías convencionales de iones de litio a menudo presentan un rendimiento inferior.
Fuente: Presswire
