Desarrollan baterías más duraderas y sostenibles con sodio y azufre para sustituir a las de litio

El uso de móviles, portátiles, coches eléctricos, tabletas o relojes inteligentes exige baterías funcionales, que proporcionen energía suficiente y no tarden mucho en cargarse, pero que, al mismo tiempo, sean respetuosas con el medio ambiente. Las principales baterías que dominan el mercado, sin embargo, usan un componente, el litio, que es escaso, concentrado geográficamente y que se acompaña de metales tóxicos.

Por eso, una investigación del grupo Química Inorgánica de la Universidad de Córdoba, base de la tesis doctoral del investigador Álvaro Bonilla, ha desarrollado una batería de sodio y azufre capaz de cargarse y descargarse durante más de 2.000 veces.

“De media, explica Álvaro Caballero, se considera que una batería de litio usada en teléfonos o coches se carga cada 3 días, lo que supone más de 120 cargas al año”. Por tanto, el equipo ha conseguido desarrollar una batería que, siguiendo esa estimación, podría funcionar más de 15 años con elementos sostenibles y abundantes.

El investigador Álvaro Bonilla, autor de la tesis en la que se basa la investigación.

En concreto, el equipo ha sustituido del electrodo positivo de la batería, el cátodo, todos los metales tóxicos por azufre, un material abundante, de bajo coste, medioambientalmente sostenible y que tiene la capacidad de proporcionar el doble de energía práctica que esos metales. En el otro lado de la batería, el electrodo negativo o ánodo, han cambiado el material más incómodo, el litio, por sodio, un recurso más abundante, accesible y con una energía similar a la del litio.

Sin embargo, en esa nueva batería de sodio y azufre se planteaba un reto mayúsculo que dificultaba su funcionamiento: que el átomo de sodio es más grande que el de litio, por lo que su movimiento al cargar y descargar la batería era más difícil. Para solucionarlo, el equipo añadió en el cátodo junto al azufre una estructura metálica y orgánica (llamada MOF por sus siglas en inglés) basada en hierro, un metal abundante, barato y sostenible.

Gracias a la porosidad de esa estructura y al átomo de hierro, el equipo consiguió mediante ensayos en laboratorio que la batería funcionara durante más 2.000 ciclos de carga, “un rendimiento difícil de conseguir con las baterías de este tipo”, añade Álvaro Caballero.

Además, el equipo ha conseguido que la batería funcione a temperatura ambiente, pues este tipo de baterías que combinan el sodio y el azufre ya existían en el mercado pero sólo funcionaban a temperaturas de 300 grados. Aun así, todavía quedan muchos pasos por dar y la investigación continúa sus estudios para intentar que la batería se cargue lo más rápido posible pasando de la hora que tarda actualmente a los 10 minutos.

La investigación, publicada en la revista Journal of Power Sources y realizada en colaboración con la Universidad Nacional de San Luis (Argentina), se inserta en el proyecto “Transición de Litio al Sodio en baterías de Azufre: Hacia una tecnología basada en elementos abundantes, económicos y sostenibles” (PID2020-113931RB-I00), financiado por el Ministerio de Ciencia e Innovación.

Referencia:

Álvaro Bonilla, Gabriela A. Ortega-Moreno, María C. Bernini, Juan Luis Gómez-Cámer, Lucía Isabel Barbosa, Álvaro Caballero, ‘MIL-100(Fe) MOF as an emerging sulfur-host cathode for ultra long-cycle Metal-Sulfur batteries’, Journal of Power Sources, Volume 608, 2024, 234613.