Investigadores en China acaban de resolver el único problema que mata las baterías de sodio metálico. Son dendritas. Crecimientos puntiagudos, parecidos a agujas, que atraviesan los separadores y provocan cortocircuitos. Defectos fatales durante años. Hasta ahora.
Un nuevo diseño, publicado en Nano-Micro Letters el 21 de mayo, se carga en cuatro minutos. Sólo cuatro. También conserva capacidad durante años. Sin cortocircuitos. Sin avances dendríticos.
El avance es un electrolito de gel resistente y casi sólido denominado Sn-FB QSE.
Se supone que las baterías de sodio metálico (PYME) son las herederas aparentes de las de iones de litio. Más económico. Más seguro. Materiales abundantes. Pero tienen la mala costumbre de convertirse en un proyecto explosivo de feria de ciencias. ¿Por qué? Porque el sodio es muy reactivo.
Cuando los iones se mueven a través de una batería, forman una capa llamada SEI. Interfase de electrolito sólido. Se supone que protege el ánodo. Normalmente funciona bien. Tiene de 10 a 50 纳米 de espesor, básicamente microscópico. Con sodio se rompe. Esas grietas invitan a que se acumulen iones de sodio. Forman protuberancias. Los baches se convierten en picos. Las púas perforan la membrana. Borrar.
El Sn-FB QSE soluciona este problema. Es semisólido. Fuerte contra pinchazos. Evita que el sodio se convierta en estalagmitas.
¿Los resultados de la prueba? Difícil de ignorar.
El equipo cargó y descargó la celda durante más de 6 horas. Seis mil horas de ciclismo constante. Cero dendritas perforaron la barrera.
Llevaron la tasa de carga al límite absoluto. De cero a 100% en cuatro minutos. La batería mantuvo 80,1 mAh/g. Eso es aproximadamente la mitad de lo que verías en una batería de iones de litio de primer nivel a esa misma velocidad increíble. Pero la velocidad no es la única métrica.
Más despacio. Cargue en 20 minutos en lugar de 4. Continúe. Más de 2,00 ciclos. La batería conservó el 9% de su capacidad inicial. Esto coincide con los límites teóricos de la tecnología actual de iones de litio. Pero cuesta menos. Es más seguro.
Las PYMES combinan la naturaleza abundante y barata de la tecnología de iones de sodio con la alta densidad de energía y el reducido tamaño de la tecnología de iones de litio.
Ese tamaño importa. Los iones de litio son pesados. El cobalto y el litio son raros, geopolíticamente sensibles y caros. También se inflaman fácilmente. El sodio está en todas partes. La suciedad literalmente tiene más que el oro.
Las PYMES utilizan un ánodo de sodio metálico. A diferencia de las baterías de iones de sodio estándar, que utilizan grafito, el ánodo metálico es más ligero. Mucho más ligero. Los iones también son voluminosos. No pueden apresurarse hacia una brecha lo suficientemente rápido como para iniciar una reacción térmica desbocada. Si la batería se pincha, simplemente deja de funcionar. No estalla en llamas.
Los vehículos eléctricos lo están pidiendo a gritos.
El actual rey de la velocidad es el BYD Denza. Llega al 70% desde el 10% en cinco minutos. Cinco. Pero eso requiere cargadores especializados de 1MW que no existen en su vecindario. ¿Tesla Modelo 3? Quince minutos con un cargador de 250 kW. Noventa minutos en una parada estándar de 50 kW. La mayoría de los conductores no pueden esperar noventa minutos.
Si las PYMES funcionan según lo prometido, el alcance podría ser inferior al del litio. Pero el tiempo para repostar se reduce de una hora a una pausa para tomar café.
¿Autobuses de transporte público? Ajuste perfecto. ¿Coches de cercanías? Buen ajuste. Se sientan en los depósitos, cargando mientras los conductores duermen o descansan. No necesitan la enorme autonomía de un viaje por carretera a través del país. Necesitan confiabilidad y velocidad.
Pero no esperes un teléfono para PYMES pronto.
Los teléfonos se calientan. Se enfrían. Los electrolitos en gel odian los cambios de temperatura. La química cambia. El rendimiento baja. Los investigadores lo admiten. Esto necesita replicación. Necesita escalarse. Necesita sobrevivir a la dura realidad de quedarse en el bolsillo de una chaqueta en invierno.
El sodio metálico puro es algo peligroso. Reemplazar los bien conocidos ánodos de grafito que tenemos ahora es un salto. Uno grande.
Será una década larga.
Quizás la revolución de las baterías no provenga de crear el almacén de energía perfecto. Tal vez surja de aceptar uno más pequeño. Siempre y cuando se llene lo suficientemente rápido.
¿Cuál es tu límite de paciencia? Cinco minutos.
