Sal de litio transforma las baterías de iones de sodio y promete energía más barata a gran escala

Las baterías de iones de sodio han surgido como una de las grandes promesas para el almacenamiento de energía, especialmente en un mundo que demanda alternativas más económicas y sostenibles frente a las baterías de iones de litio. Sin embargo, su desarrollo ha estado limitado por desafíos clave, como la inestabilidad de la interfaz electrolítica y la degradación progresiva de su capacidad. Ahora, un avance liderado por científicos surcoreanos ha logrado modificar radicalmente este panorama gracias a la introducción de sal de litio (LiPF₆) en el electrolito.

El problema fundamental en las baterías de sodio es la formación de la capa interfacial sólida (SEI), que, a diferencia de la SEI de las baterías de litio, tiende a ser más soluble y menos estable, facilitando fugas de electrones y la descomposición acelerada del electrolito.

Este fenómeno se traduce en una pérdida rápida de capacidad y una vida útil reducida, frenando su adopción comercial. La adición marginal de sal de litio al electrolito ha demostrado reforzar considerablemente esta capa, creando una barrera más robusta y menos soluble que incrementa la estabilidad química y física del sistema.

La investigación, publicada en Nano-Micro Letters, revela que el uso de LiPF₆ no solo beneficia al ánodo de carbono duro al formar una SEI más pasivante, sino que también estabiliza la superficie del cátodo de óxido tipo O₃. Este dopaje superficial genera “pilares” de iones de litio que minimizan la liberación de oxígeno y la evolución de gases nocivos, principales responsables del colapso estructural y de la pérdida de capacidad en ciclos prolongados.

Los resultados experimentales no dejan lugar a dudas: la retención de capacidad de las baterías con sal de litio alcanzó el 92,7% después de 400 ciclos, superando ampliamente el 80% habitual en tecnologías similares sin este aditivo. Este rendimiento sobresaliente implica que las SIB (baterías de iones de sodio) pueden igualar e incluso superar la durabilidad de las baterías de litio, pero con el beneficio adicional de utilizar materiales más abundantes y baratos.

A nivel técnico, la mejora se explica porque los iones de litio introducidos modifican la estructura de solvatación del electrolito, facilitando la reducción de grupos solvatados de Li y la formación de una SEI interna de Li₂CO₃. Este compuesto, menos soluble, protege mejor los electrodos y reduce la pérdida de sodio durante los ciclos de carga y descarga, un punto crítico para la estabilidad a largo plazo de estas baterías.

Además, la capa de LiF generada en la superficie del cátodo tipo O₃ actúa como un escudo adicional, disminuyendo la descomposición oxidativa del electrolito bajo altos voltajes. Los análisis por microscopía electrónica y espectroscopía confirman que la estructura interna del cátodo se conserva incluso después de cientos de ciclos, lo que representa un salto cualitativo para el almacenamiento de energía en gran escala.

El estudio subraya que esta estrategia no solo es técnicamente viable, sino también escalable para aplicaciones reales, desde redes eléctricas renovables hasta sistemas domésticos y dispositivos portátiles. La sencillez de añadir LiPF₆ al electrolito convierte a este avance en una opción asequible para fabricantes, sin requerir cambios disruptivos en las líneas de producción existentes.

En síntesis, la integración de sal de litio en baterías de iones de sodio podría marcar el inicio de una nueva generación de tecnologías energéticas más sostenibles, asequibles y duraderas, impulsando la transición global hacia fuentes renovables y un futuro con menor dependencia del litio. Este avance no solo favorece la economía, sino también la resiliencia energética de países con recursos limitados de litio, abriendo la puerta a una verdadera democratización del almacenamiento energético.

Fuente: Springer Nature Link