Prometen un gran avenç en bateries: econòmiques, de càrrega ràpida i alta velocitat

Una nova bateria d’estat sòlid de sodi sense ànode atansa més que mai la realitat de les bateries econòmiques, de càrrega ràpida i alta capacitat per a vehicles elèctrics i emmagatzemament en xarxa. Així ho asseguren els seus inventors, científics de l’Escola d'Ingenieria Molecular Pritzker de la Universitat de Chicago, en col·laboració amb el Departament d’Enginyeria Química i Nano de la de la Universitat de Califòrnia a San Diego. "Encara que hi ha hagut bateries de sodi, d’estat sòlid i sense ànode anteriors, ningú no ha pogut combinar amb èxit aquestes tres idees fins ara", va dir en un comunicat Grayson Deysher, candidat a doctorat de l’UC San Diego, primer autor de la investigació, publicada a Nature Energy.

La investigació demostra una nova arquitectura de bateria de sodi amb cicles estables durant diversos centenars de cicles. En eliminar l’ànode i utilitzar sodi, abundant i econòmic, en lloc de liti, aquesta nova forma de bateria serà més assequible i respectuosa amb el medi ambient de produir. Gràcies al seu innovador disseny d’estat sòlid, la bateria també serà segura i potent. Aquest treball és alhora un avenç en la ciència i un pas necessari per omplir el buit d’escala de bateries necessari per a la transició de l’economia mundial cap a una economia que deixi de dependre dels combustibles fòssils.

El sodi relleva al liti

El liti que s’utilitza comunament per a les bateries no és tan comú. Representa al voltant de 20 parts per milió de l’escorça terrestre, en comparació amb el sodi, que representa 20.000 parts per milió. Aquesta escassetat, combinada amb l’augment de la demanda de bateries d’ions de liti per a ordinadors portàtils, telèfons i vehicles elèctrics, ha fet que els preus es disparin, posant les bateries necessàries encara més fora d’abast.

El sodi, comú a l’aigua de l’oceà i a la mineria de carbonat de sodi, és un material de bateria inherentment més respectuós amb el medi ambient. La investigació de LESC també l’ha convertit en un dels més poderosos. Per crear una bateria de sodi amb la densitat energètica d’una bateria de liti, l’equip necessitava inventar una nova arquitectura de bateria de sodi. Les bateries tradicionals tenen un ànode per emmagatzemar els ions mentre es carrega la bateria. Mentre la bateria està en ús, els ions flueixen des de l’ànode a través d’un electròlit fins un col·lector de corrent (càtode), alimentant dispositius i automòbils al camí.

Les bateries sense ànode emmagatzemen els ions en una deposició electroquímica de metall alcalí directament sobre el col·lector de corrent. Aquest enfocament permet un voltatge de cel·la més gran, un menor cost de cel·la i una densitat d’energia més gran, però comporta els seus propis desafiaments. "A qualsevol bateria sense ànode hi ha d’haver un bon contacte entre l’electròlit i el col·lector de corrent", va dir Deysher. "Això sol ser molt fàcil quan s’utilitza un electròlit líquid, ja que el líquid pot fluir per tot arreu i mullar totes les superfícies. Un electròlit sòlid no pot fer això". Tanmateix, aquests electròlits líquids creen una acumulació anomenada interfase d’electròlit sòlid mentre consumeixen constantment els materials actius, la qual cosa redueix la utilitat de la bateria amb el temps.

L’equip va adoptar un enfocament nou i innovador per a aquest problema. En lloc d’utilitzar un electròlit que envolta el col·lector de corrent, van crear un col·lector de corrent que envolta a l’electròlit a partir de pols d’alumini, un sòlid que pot fluir com un líquid. Durant l’acoblament de la bateria, la pols es va densificar sota alta pressió per formar un col·lector de corrent sòlid mentre es mantenia un contacte similar al d’un líquid amb l’electròlit, la qual cosa va permetre el cicle de baix cost i alta eficiència que pot impulsar aquesta tecnologia revolucionària. "Les bateries d’estat sòlid de sodi generalment es consideren una tecnologia de futur llunyà, però esperem que aquest article pugui impulsar més l’àrea del sodi en demostrar que de fet pot funcionar bé, fins i tot millor que la versió de liti en alguns casos", va dir Deysher.