Una batería de iones de sodio podría cargarse en varios segundos

Los sistemas de almacenamiento de energía de iones de sodio han acaparado mucha atención por su mayor seguridad, costos de materias primas y credenciales medioambientales en comparación con las omnipresentes baterías de iones de litio. Sin embargo, es probable que esta tecnología sólo pueda plantar cara a las ya existentes cuando se reduzcan los costos mediante la mejora del rendimiento técnico, el establecimiento de cadenas de suministro y la consecución de economías de escala.

Existen dos tipos de sistemas de almacenamiento de energía de iones de sodio: las baterías de iones de sodio y los condensadores de iones de sodio. Las primeras se ven perjudicadas por su escasa recargabilidad debido a su baja densidad de potencia, mientras que proporcionan una densidad de energía relativamente alta. Los segundos, en cambio, presentan una densidad de potencia elevada, pero una densidad energética extremadamente baja. De ahí que la combinación de cátodos de tipo condensador y ánodos de tipo batería en células de almacenamiento híbrido de energía de iones de sodio (SIHES) haya sido un área de investigación activa, que aúna lo mejor de ambos mundos.

Ahora, investigadores del KAIST han presentado una estrategia para crear sistemas SIHES de densidad energética ultraalta y rápida recarga. Han utilizado dos estructuras metalorgánicas distintas para la síntesis optimizada de baterías híbridas.

Su método permitió desarrollar un material anódico con una cinética mejorada mediante la inclusión de materiales activos finos en carbono poroso derivado de estructuras metalorgánicas. Además, se sintetizó un material de cátodo de alta capacidad, y la combinación de los materiales de cátodo y ánodo permitió desarrollar un sistema SIHES, optimizando el equilibrio y minimizando las disparidades en las tasas de almacenamiento de energía entre los electrodos.

Los investigadores han informado de que el híbrido recién desarrollado supera la densidad energética de las baterías comerciales de iones de litio y presenta las características de densidad de potencia de los supercondensadores.

En concreto, el SIHES demostró una densidad energética de 247 Wh/kg y una densidad de potencia de recarga rápida de 34.748 W/kg, superando en más de 100 veces las reacciones de tipo batería. También demostró estabilidad de ciclo, con una eficiencia coulómbica en torno al 100% a lo largo de 5.000 ciclos de carga y descarga.

Los investigadores del KAIST prevén amplias aplicaciones para su nueva tecnología SIHES, desde vehículos eléctricos a dispositivos electrónicos inteligentes y tecnologías aeroespaciales.

Sus resultados se exponen en el artículo “Low-crystallinity conductive multivalence iron sulfide-embedded S-doped anode and high-surface-area O-doped cathode of 3D porous N-rich graphitic carbon frameworks for high-performance sodium-ion hybrid energy storages” (Ánodo dopado con S incrustado en sulfuro de hierro multivalencia conductivo de baja cristalinidad y cátodo dopado con O de alta superficie de estructuras de carbono grafito rico en N poroso 3D para almacenamientos de energía híbridos de iones de sodio de alto rendimiento), publicado recientemente en Energy Storage Materials.