Las baterías de iones de litio son esenciales en la tecnología moderna, desde dispositivos personales hasta almacenamiento de energía renovable. Sin embargo, el litio es un recurso escaso y su suministro depende de unos pocos países. Para un mundo que funcione con energía renovable, se requeriría 200 veces más capacidad de baterías de la que existe actualmente, lo que plantea la necesidad de alternativas.
Una tecnología en crecimiento es la de baterías de sodio, que utilizan iones de sodio en lugar de litio para almacenar y transferir carga. El sodio es abundante y económico, pero presenta desafíos debido a que sus iones son tres veces más grandes que los de litio, lo que dificulta su movimiento dentro de los electrodos. A pesar de esto, en los últimos meses se han desarrollado prototipos de baterías de sodio con una capacidad similar a la de las baterías de litio de gama baja. Empresas y laboratorios ya han comenzado la producción de estas baterías para vehículos eléctricos, scooters y almacenamiento de energía en redes eléctricas.
No obstante, la tecnología aún enfrenta obstáculos. Aunque los precios del litio han disminuido un 70% en los últimos tres años debido a una sobreoferta, los incentivos económicos para cambiar a sodio no son convincentes. Además, las baterías de sodio aún no igualan la densidad energética de las mejores baterías de litio, que pueden almacenar más de 300 Wh/kg, mientras que las de sodio luchan por alcanzar la mitad de esa capacidad.
Mejoras en los electrodos
El funcionamiento de las baterías de sodio es similar al de las de litio: los iones positivos se desplazan entre un ánodo y un cátodo a través de un electrólito conductor de iones. Durante la carga, los electrones se acumulan en el ánodo negativo, atrayendo los iones desde el cátodo positivo. En la descarga, los electrones se extraen, permitiendo el retorno de los iones al cátodo.
Una de las principales limitaciones de las baterías de sodio es que los iones de sodio son más grandes y ocupan más espacio en el ánodo, reduciendo la capacidad de almacenamiento de energía. Para solucionar esto, los investigadores han probado diferentes materiales para el ánodo:
- Carbón duro, una alternativa al grafito, que presenta una estructura porosa capaz de acomodar mejor los iones de sodio.
- Adición de estaño al ánodo, lo que permite aumentar la capacidad de almacenamiento. Las baterías de la startup UNIGRID han logrado 170 Wh/kg, un valor cercano a los 200 Wh/kg de algunas baterías de litio de gama baja.
El cátodo también ha sido objeto de mejoras, utilizando materiales como NaVPO (sodio, vanadio, fósforo y oxígeno), que permite un flujo eficiente de sodio. Investigadores de la Universidad de Houston han logrado modificar la estructura cristalina de este material, aumentando en un 15% su capacidad de almacenamiento de energía. Otro avance prometedor es el uso de cátodos orgánicos, como el TAQ, desarrollado en el MIT, que ha demostrado ser estable en miles de ciclos de carga y descarga, con una de las mayores densidades energéticas reportadas para baterías de sodio.
Interés industrial y retos
El creciente interés en las baterías de sodio ha llevado a que grandes empresas inviertan en su producción. En noviembre de 2024, CATL, el mayor fabricante de baterías de China, anunció una segunda generación de baterías de sodio con una capacidad de 200 Wh/kg, un avance significativo respecto a los 160 Wh/kg de la generación anterior. Por su parte, BYD está construyendo una fábrica que producirá 30 GWh de baterías de sodio al año para almacenamiento de energía renovable.
Sin embargo, persisten dudas sobre la viabilidad a largo plazo de esta tecnología. Algunos expertos advierten sobre la falta de transparencia en los datos de diseño y rendimiento de las baterías anunciadas por las empresas. Además, las economías de escala aún benefician a las baterías de litio, haciendo que la transición al sodio sea más costosa en el corto plazo. Un ejemplo de los desafíos del sector es la quiebra en noviembre de 2024 de la empresa sueca Northvolt, pionera en baterías de sodio.
Factores políticos y perspectivas
La política también juega un papel crucial en el futuro de estas baterías. En enero de 2025, el presidente Donald Trump anunció el fin del apoyo federal a los proyectos de energía renovable, lo que podría frenar la expansión de las baterías de respaldo para redes eléctricas. En contraste, China ha impuesto restricciones a la exportación de grafito, un componente clave de las baterías de litio, lo que podría impulsar el desarrollo de baterías de sodio como alternativa.
El futuro de las baterías de sodio dependerá de los avances tecnológicos. Un estudio publicado en Nature Energy evaluó más de 6000 estrategias de producción y concluyó que para competir con las baterías de litio de bajo costo, se necesitarán varios avances, como la eliminación de materiales caros como el níquel y el vanadio.
A pesar de las dificultades, los expertos creen que los avances continúan. Dice el químico Dan Steingart, «todavía estamos en los primeros días de la comprensión de la química de las baterías de sodio». Si las mejoras continúan, podría surgir una alternativa viable a las baterías de litio en el futuro.
Fuente: Science.
