Nuevo material empuja a las baterías de iones de sodio a eliminar gradualmente el costoso litio

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Fuente: https://www.advancedbatteriesresearch.com

Nuevo material empuja a las baterías de iones de sodio a eliminar el costoso litio

Con los precios del litio cinco veces más altos que hace un año, los investigadores de Skoltech y la Universidad Estatal Lomonosov de Moscú han desarrollado un material para 

baterías de iones de sodio , que ofrecen una alternativa a la tecnología de iones de litio cada vez más costosa. El nuevo material es un polvo de fluoruro de fosfato de sodio y vanadio con una estructura cristalina particular. Utilizado en el cátodo de la 

batería , proporciona una capacidad de almacenamiento de energía récord, eliminando uno de los cuellos de botella de la tecnología emergente de iones de sodio. Los resultados de la investigación se informan en Nature Communications.

Las baterías de iones de litio están en todas partes: entre otras cosas, alimentan dispositivos electrónicos portátiles y vehículos eléctricos, y almacenan la energía producida por los parques eólicos para nivelar los patrones irregulares del viento. Sin embargo, depender solo del litio es arriesgado, porque sus productos químicos son cada vez más caros, su producción es bastante sucia y los depósitos de mineral están distribuidos de manera desigual en todo el mundo. Un paso más abajo en la tabla periódica, el sodio, un metal alcalino mucho más abundante, se presta como una posible alternativa al litio.Hasta ahora, la tecnología de las baterías de iones de sodio es relativamente nueva y, si bien la arquitectura básica de la celda de la batería es la misma, se deben usar diferentes materiales para los componentes principales. Entre ellos, el cátodo es crucial para las características de la batería. En su artículo reciente, los investigadores de Skoltech y 

MSU idearon un nuevo material de cátodo que garantiza una densidad de energía de la batería entre un 10% y un 15% mejor que el principal competidor actual. Para obtener más información, consulte el informe de IDTechEx sobre baterías avanzadas de iones de litio y más allá del litio 2022-2032: tecnologías, jugadores, tendencias, mercados .

«Tanto nuestro nuevo material como el que la industria ha implementado recientemente se llaman fluoruro de fosfato de sodio y vanadio: están hechos de átomos de los mismos elementos. Lo que los hace diferentes es cómo se organizan esos átomos y en qué proporción están contenidos en el compuesto», dijo el coautor del estudio, el profesor asistente Stanislav Fedotov de Skoltech.

«Nuestro material también se compara bien con la clase de materiales en capas para cátodos: proporciona aproximadamente la misma capacidad de batería y una mayor estabilidad, lo que se traduce en una vida más larga y una mayor rentabilidad de la batería «, continuó Fedotov. 

«Sorprendentemente, incluso las predicciones teóricas para los materiales de la competencia no alcanzan el rendimiento práctico de los nuestros, y esto está lejos de ser trivial, porque el potencial teórico nunca se realiza por completo».Según los científicos, una vez que se lleven a cabo más investigaciones sobre materiales eficientes para las baterías de iones de sodio, bien podrían reemplazar a los acumuladores de iones de litio en vehículos eléctricos pesados, como autobuses y camiones, así como en el almacenamiento de energía estacionario en parques eólicos y solares. y en otros lugares

«La mayor capacidad de almacenamiento de energía es solo una de las ventajas de este material. También permite que el cátodo funcione a temperaturas ambiente más bajas, lo que es particularmente relevante para Rusia», dijo Fedotov.Semyon Shraer, pasante de investigación en Skoltech y autor principal del artículo, compartió los orígenes de la idea detrás de este estudio: 

«De hecho, la comunidad de baterías tiende a continuar con la búsqueda de nuevos materiales empíricamente, por prueba y error, o con estudios de alto rendimiento que prueban una gran variedad de materiales. Lo abordamos de manera diferente y favorecemos el diseño de química de estado sólido racional. Eso significa que confiamos en la ciencia pura, utilizando las leyes y principios fundamentales de la química de estado sólido para llegar al material. con las propiedades deseadas».

“Las consideraciones teóricas nos llevaron a la fórmula básica de un material que podría proporcionar una alta capacidad de almacenamiento de energía” , continuó. «Luego, necesitábamos determinar qué estructura de cristal desbloquearía ese potencial. La que elegimos se conoce como marco de tipo KTP y proviene de la óptica no lineal; no es realmente común para la ingeniería de baterías. Después de pensar y teorizar cuidadosamente, nos dimos cuenta de que este compuesto particular con esa estructura cristalina particular debería funcionar. Luego logramos sintetizarlo a través del intercambio iónico a baja temperatura. Y ahí está, con sus características superiores ahora confirmadas por un experimento».

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