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Células de iones de sodio para un almacenamiento de energía económico
Un nuevo tipo de batería de iones de sodio podría resultar una opción práctica para almacenar energía de granjas eólicas y solares, dice Jay Whitacre , profesor de ciencia e ingeniería de materiales en la Universidad Carnegie Mellon. La puesta en marcha de Whitacre, 44 Tech, con sede en Pittsburgh, PA, recibirá $ 5 millones del Departamento de Energía de EE. UU., Como parte de la Ley de Recuperación de 2009, para desarrollar la tecnología. El financiamiento, anunciado la semana pasada, es parte de un paquete de $ 620 millones para mejorar la red eléctrica.
Las baterías de la startup podrían ser no solo más baratas sino también más duraderas que las baterías existentes, dice Whitacre. Esto los haría particularmente útiles para almacenar grandes cantidades de electricidad a bajo precio, algo que será esencial para hacer de la energía renovable la principal fuente de energía en los EE. UU., En lugar de solo la fuente complementaria que es ahora. Dicho almacenamiento hará que sea práctico almacenar energía de turbinas eólicas y granjas solares para su uso cuando el viento no sopla y el sol no brilla.
Las celdas de iones de sodio de Whitacre son similares en algunos aspectos a las celdas de iones de litio, el tipo que se usa en la electrónica portátil y en algunos vehículos eléctricos. En ambos tipos de celda, los iones se transportan entre los electrodos positivo y negativo de la batería durante la carga y descarga, con un electrolito que actúa como medio para mover esos iones. Pero debido a que el sodio es órdenes de magnitud más abundante que el litio, su uso es más económico. Para hacer que las celdas sean aún más baratas, Whitacre planea operarlas a voltajes más bajos, de modo que se puedan usar electrolitos a base de agua en lugar de electrolitos orgánicos. Esto debería reducir aún más los costes de fabricación, ya que es más fácil trabajar con electrolitos a base de agua.
El cambio a electrolitos a base de agua también podría hacer posible eliminar gran parte del material de soporte necesario en las celdas de iones de litio convencionales, reduciendo nuevamente los costos. Esto se debe a que el aumento de la conductividad iónica hace posible utilizar electrodos más gruesos con menos capas de materiales de separación y recolección de corriente dentro de la celda.
En principio, un sistema de iones de sodio puede ser de bajo costo, y con electrolitos acuosos, podría ser realmente de bajo costo, dice Jeff Dahn , profesor de física y química en la Universidad de Dalhousie en Nueva Escocia, Canadá.
Los investigadores han estudiado las baterías de iones de sodio en el pasado, aunque por lo general han usado altos voltajes y electrolitos orgánicos. El uso de voltajes más bajos reduce la cantidad de energía que pueden almacenar las baterías, un problema para los vehículos eléctricos, donde el espacio y el peso son limitados. Pero para aplicaciones estacionarias como el almacenamiento de energía renovable, todo depende del costo, dice Whitacre.
Dahn sostiene que las células de iones de sodio no deberían desarrollarse solo para el almacenamiento de electricidad a gran escala. Las baterías de iones de sodio de mayor voltaje pueden eventualmente resultar una solución mucho mejor que las baterías de iones de litio para vehículos eléctricos, dice. Sin embargo, hasta ahora, se han realizado muy pocas investigaciones sobre ellos en relación con las baterías de iones de litio. Los factores que han mantenido alejados a los investigadores, como el gran tamaño de los iones de sodio y el efecto que esto tiene en la cantidad de energía que las baterías podrían entregar, han sido abordados por los avances recientes en la fabricación de materiales. La abundancia de sodio también podría hacer que estas baterías sean extremadamente atractivas. Es sorprendentemente más abundante que el litio, dice Dahn. Creo que es algo en lo que es muy importante trabajar en el futuro. Espero que [el] DOE también financie el trabajo no acuoso.
Hasta ahora, el trabajo de Whitacre se encuentra en una etapa inicial. Ha demostrado pequeñas celdas de batería en el laboratorio y ha archivado para una patente que cubra la tecnología. No ha revelado qué materiales utilizará para los electrodos y el electrolito, y es demasiado pronto para proporcionar cifras específicas sobre el costo, dice. Los siguientes pasos incluyen hacer prototipos de baterías más grandes. Parte del premio de $ 5 millones se destinará a Carnegie Mellon por su investigación fundamental.