Una vida más larga y una mayor capacidad de una batería podría ser el caballo de batalla de una red de energías renovables son los objetivos de un estudio dirigido por el doctor George Nelson, un profesor asociado de ingeniería mecánica y aeroespacial en la Universidad de Alabama en Huntsville ( UAH), sobre el efecto de los ciclos de carga en la estructura de los ánodos en las baterías de ión sodio.
Con una subvención de 233,000 dólares de tres años de la Fundación Nacional de Ciencia (NSF), el equipo utilizará la difracción de rayos X y las imágenes de rayos X multiescala para estudiar los cambios en la microestructura de los ánodos basados en estaño, también conocidos como electrodos negativos. Eso afecta la longevidad y la capacidad de almacenamiento de la batería.
“Al igual que con la mayoría de las baterías, existe el deseo de aumentar la capacidad de las baterías de iones de sodio. Desafortunadamente, los materiales de las baterías de alta capacidad como el estaño se expanden mucho cuando están completamente cargados de sodio”, explicó el Dr. Nelson.
“Estamos utilizando una combinación de experimentos y modelos numéricos para comprender exactamente cómo estos cambios afectan el rendimiento de la batería, de modo que los futuros ingenieros de baterías puedan diseñar los materiales y las microestructuras para hacer mejores baterías de iones de sodio”, dijo.
Los experimentos incluyen pruebas electroquímicas, difracción de rayos X para caracterizar la estructura cristalina de los materiales de los electrodos y en la tomografía de rayos X operando. Estos métodos experimentales se combinarán con estudios computacionales de mesoescala de microestructuras de electrodos de baterías de iones de sodio. La investigación proporcionará información sobre las interacciones entre la microestructura, la química y el rendimiento de las baterías de ion de sodio.
Aunque no son ideales para aplicaciones portátiles como electrónica móvil o vehículos eléctricos, las baterías de ión de sodio se adaptan bien a aplicaciones estacionarias como el almacenamiento de electricidad producida por energía solar y eólica. La subvención actual es la tercera que la NSF ha otorgado al Dr. Nelson desde 2014, por un total de aproximadamente $ 950,000.
La investigación también es importante porque una amplia gama de aplicaciones y preocupaciones sobre el abastecimiento y la eliminación podrían limitar el litio como materia prima de la batería en el futuro.
“Las baterías de iones de litio son excelentes para el almacenamiento de energía, especialmente en aplicaciones móviles como teléfonos, computadoras portátiles y automóviles eléctricos”, dijo el Dr. Nelson. “Sin embargo, si creamos una flota de vehículos eléctricos, continuamos con la expansión de la electrónica móvil y construimos baterías de gran escala basadas en tecnología de iones de litio, podríamos ejercer una gran presión sobre los suministros globales de litio. El sodio es abundante en la Tierra y las baterías de iones de sodio tienen energía densidades que son adecuadas para el almacenamiento a escala de red”.
Además, se han desarrollado baterías de iones de sodio que podrían descomponerse y desecharse en un relleno sanitario estándar, aliviando un problema de eliminación de residuos peligrosos inherente al litio.
