Los científicos interrogan el misterio de la estabilidad de la batería de iones de sodio • The Register

Jul 07, 2023

El mundo está cada vez más cerca de reemplazar el litio en las baterías con sodio, y los investigadores de la Universidad de Cornell creen que han encontrado una manera de ayudar a abordar los problemas de estabilidad en la incipiente tecnología de almacenamiento de energía.

Al disparar un haz de rayos X altamente sincronizado a una batería de iones de sodio en el proceso de carga, los investigadores dijeron que pudieron detectar defectos de cristal transitorios que solo ocurren cuando la batería estaba en uso y que desaparecen cuando está en reposo, dijo el equipo en su papel

"Si observáramos la batería antes y después del primer ciclo de carga y descarga, no veríamos ningún defecto. Pero durante la operación, vemos cómo se forman los defectos y se autocuran, dejando 'cicatrices' detectables", dijo Andrej Singer. , investigador principal y miembro de la facultad en el Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales de Cornell.

Las baterías de iones de sodio han estado a la vanguardia de la investigación de baterías en los últimos años, pero se degradan rápidamente cuando se cargan y descargan y su vida útil tan corta las hace mucho menos prácticas como reemplazo de las baterías de iones de litio de larga duración.

Si bien este descubrimiento podría ayudar a los futuros investigadores a comprender mejor cómo funcionan los cátodos en las baterías de iones de sodio, el equipo dijo que aún no comprenden del todo el mecanismo detrás de su formación. Sin embargo, pudieron utilizar modelos metalúrgicos para predecir el movimiento de los defectos transitorios a través del cátodo.

Armado con ese conocimiento, el equipo del Laboratorio Nacional de Cornell/Universidad de California, San Diego/Universidad de Chicago/Argonne ahora planea estudiar cómo los defectos interactúan con el proceso de difusión iónica a medida que la batería se carga y descarga. Singer dijo que los defectos sugieren que la forma de las partículas juega un papel en ese proceso de interacción, algo que él y su equipo quieren explorar más a fondo.

"Durante siglos, los herreros utilizaron la ingeniería de defectos en los metales para crear materiales más fuertes y duraderos sin siquiera darse cuenta", dijo Singer, y agregó que espera que el uso de un enfoque de ingeniería de defectos para los cátodos de iones de sodio pueda ayudar a resolver el problema de estabilidad.

Muchas industrias diferentes están incluyendo la sostenibilidad en sus hojas de ruta de productos futuros, y las baterías no son diferentes. El litio es un material mucho más raro y mucho más caro que el sodio, que abunda en todo el mundo, químicamente similar al litio y relativamente económico.

Los fabricantes de baterías chinos BYD y CATL han estado trabajando activamente en baterías de iones de sodio que evitan problemas de degradación y recientemente se informó que ambas empresas planean colocar baterías de iones de litio y sodio mixtas en vehículos eléctricos fabricados en China a finales de este año.

EE. UU. ya se ha quedado rezagado en otras formas de tecnología de baterías y, según todos los informes, China está lista para arrinconar el mercado de las baterías de iones de sodio una vez que alcancen un estado listo para la producción.

Según The New York Times, 16 de las 20 fábricas de baterías de sodio actualmente planificadas o en construcción están ubicadas en China; Dentro de dos años, el 95 por ciento de la capacidad mundial de fabricación de baterías de sodio pertenecerá a China.

Si bien es posible refinar el sodio para las baterías a partir de fuentes como la sal marina y otras formas de cloruro de sodio, gran parte proviene de fuentes como la ceniza de soda o el carbonato de sodio, la mayor fuente de sodio para aplicaciones industriales. Wyoming, por ejemplo, alberga una de las fuentes más grandes jamás descubiertas de carbonato de sodio que se ha utilizado ampliamente en los EE. UU. y podría servir como fuente de sodio para las baterías.

El carbonato de sodio natural es mucho más sostenible de refinar que el litio, pero en China, donde es probable que se fabriquen la mayoría de las baterías de iones de sodio en los próximos años, domina el carbonato de sodio sintético fabricado a través del proceso Solvay.

El proceso Solvay utilizado para fabricar el carbonato de sodio sintético de China es químicamente intensivo y requiere mucho calor, generalmente carbón, lo que significa que las baterías de iones de sodio de China probablemente no serán la solución sostenible que el mundo necesita. ®

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