Baterías de iones de sodio

El desarrollo de baterías de nueva generación es determinante en el futuro del almacenamiento de energía, clave para la descarbonización y la transición energética frente a los desafíos del cambio climático. Almacenar la energía renovable permite flexibilizar la producción de energía renovable y garantizar su integración en el sistema.

Desde su aparición en 1991, las baterías de litio han dominado el sector del almacenamiento de energía. Sin embargo, este liderazgo ha supuesto un importante aumento en la demanda de este mineral, un reclamo que no parece disminuir. De ahí que se haya puesto sobre la mesa la posible escasez de suministros del litio, con una consecuente subida de precios y retrasos por falta de abastecimiento.

En los últimos años, los fabricantes de baterías y la industria automotriz están explorando materias primas alternativas al litio para la fabricación de sistemas de almacenamiento de energía. Y una de las opciones más viables es la batería de iones de sodio: la relativa abundancia de este mineral y su bajo costo la posicionan como la próxima revolución en el almacenamiento de energía renovable.

 ¿Qué son las baterías de iones de sodio y cómo funcionan?

Las baterías de iones de sodio son un tipo de baterías recargables que funcionan de manera similar a las baterías de litio, pero transportan la carga utilizando iones de sodio (Na+) en lugar de iones de litio (Li+). El sodio es un metal alcalino blando de color plateado, muy abundante en la naturaleza —se puede encontrar, por ejemplo, en la sal marina o en la corteza terrestre. El funcionamiento de las baterías de iones de sodio es muy similar al de las baterías de iones de litio, ya que la química de ambos elementos es parecida (ambos son alcalinos).

Las baterías de sodio se estudiaron por primera vez en la década de 1980, pero no fue hasta el siglo XXI cuando se redescubrió el verdadero potencial del sodio para el almacenamiento de energía.

En los últimos 20 años, más del 50 % de la actividad investigadora patentada en el campo de baterías de iones de sodio se ha registrado en China (53 %), seguida por Japón (16 %) y EE. UU. (13 %). Europa, empieza a avanzar también en este campo. Las empresas que actualmente están teniendo más relevancia en esta tecnología son las chinas CATL o HiNa.

El futuro es esperanzador en este sentido. Según BloombergNEF, en 2030 las baterías iones de sodio podrían suponer el 23 % del mercado de almacenamiento estacionario, que se traduciría en más de 50 GWh. Pero se podría superar esa previsión si se aceleran las mejoras de la tecnología y se avanza en la fabricación utilizando equipos similares o iguales que para baterías de litio.

Tecnología de las baterías de iones de sodio 

Las baterías de iones de sodio se componen de los siguientes elementos: un electrodo negativo o ánodo de donde salen los electrones y un electrodo positivo o cátodo que los recibe. Cuando se descarga la batería, los iones de sodio se mueven desde el ánodo hasta el cátodo a través de un electrolito —sustancia compuesta por iones libres que funciona como un conductor eléctrico—, dando lugar a la diferencia de potencial que produce la corriente. Cuando se carga la batería, los iones de sodio vuelven al ánodo hasta el punto de alcanzar un voltaje de fin de carga predeterminado.

Ventajas y desventajas de las baterías de iones de sodio

Las baterías de iones de sodio se postulan como una opción versátil y económicamente viable al depender de un metal alcalino tan abundante en la Tierra y con costes de producción relativamente bajos. Proporcionan una energía eficiente energéticamente con una carga rápida, estabilidad frente a temperaturas extremas y seguridad frente al sobrecalentamiento o fuga térmica. Son menos tóxicas que otras baterías populares, ya que no requieren litio, cobalto, cobre o níquel que pueden liberar gases contaminantes en caso de incendio. Y son adaptables a diferentes usos.

A pesar de las prestaciones que ofrecen, las baterías de sodio son relativamente nuevas en el panorama comercial. La aplicación masiva de este tipo de almacenamiento energético es aún deficiente debido a la ausencia de una cadena de suministro industrial consolidada. Además, una de las principales desventajas de las baterías de iones de sodio es que tienen una baja densidad de energía frente a otras populares como las de litio, por lo que pueden almacenar menos energía por unidad de peso. También tienen menos eficiencia y una vida útil más corta.

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Fabricación de las baterías de iones de sodio

Las baterías de sodio son actualmente más caras de fabricar que las de litio debido a los bajos volúmenes y a la falta de una cadena de suministro desarrollada, pero tienen el potencial de ser mucho más baratas en el futuro. Para ello se deben alcanzar capacidades de producción de GWh.
 
Por lo que respecta a su fabricación, la mayoría de las tecnologías de iones de sodio actuales emplean los mismos procesos que las baterías de litio, lo que supone una ventaja muy significativa frente a otras tecnologías de almacenamiento en desarrollo. Por lo tanto, la tecnología de sodio se beneficia de todas las economías de escala y conocimiento provenientes del litio (adaptar una planta existente de litio a tecnología de iones de sodio podría requerir solo un 10 % adicional de gastos en capital).

Aplicaciones de las baterías de iones de sodio

Las investigaciones apuntan que las baterías de iones de sodio podrán satisfacer las crecientes demandas de almacenamiento energético de manera sostenible. Algunas de las aplicaciones conocidas de las baterías de sodio son:
 
 Almacenamiento de energía renovable

En un mundo que se encuentra en plena transición de las energías fósiles a las fuentes renovables, como la energía eólica y la solar, una mejora del almacenamiento de energía eléctrica resulta de vital importancia. Las baterías de iones de sodio permiten acopiar energía renovable para hogares y empresas, asegurando un suministro equilibrado de cada megavatio verde generado. Una de las principales aplicaciones en la industria energética es el autoconsumo.
 
 Almacenamiento en red

Las redes inteligentes dependen de una energía estable, ya que una alimentación intermitente puede provocar errores en la red. Las baterías de iones de sodio pueden ofrecer mayor estabilidad al suministro eléctrico.

 Apoyo energético para empresas de datos y telecomunicaciones

Los sectores de datos y telecomunicaciones cuentan con infraestructuras y procesos que dependen en gran medida del almacenamiento energético. Las baterías de sodio pueden proporcionar energía bajo demanda para garantizar un suministro de energía estable y seguro.
 
 Automóviles y Transporte

La reducción de emisiones de carbono del transporte es un pilar fundamental de la transición energética. La tecnología de iones de sodio es una alternativa cada vez más real para la movilidad eléctrica.
 
 Movilidad industrial

Las baterías de iones de sodio pueden maximizar el empleo de los activos en la industria y minimizar los costes operativos.

El futuro de la tecnología de iones de sodio

La actividad investigadora sobre baterías de litio impulsada en los últimos años ha beneficiado al desarrollo de las baterías de iones de sodio. Al mantener diversas similitudes con las baterías de iones de litio, este tipo de almacenamiento energético ha vivido avances especialmente rápidos y promete ser una ventaja clave en su despliegue.

Pero, además, la creciente demanda de almacenamiento de energía eléctrica a gran escala y los descubrimientos recientes —por ejemplo, el uso del carbono duro como material anódico— propician un desarrollo cada vez mayor de las baterías de iones de sodio.

Sus grandes retos abren tres grandes líneas de mejora tecnológica:

• Aumento de la densidad de energía para mejorar su almacenamiento energético.
• Impulso de celdas de alta ciclabilidad (recarga rápida, regulación de frecuencia, frenado regenerativo en vehículos eléctricos).
• Hibridación con baterías de litio. Algunos fabricantes están desarrollando packs híbridos para vehículos eléctricos que combinan celdas de litio (reserva de energía) con celdas de sodio (mejor rendimiento en carga rápida).

Una vez conseguido, el siguiente objetivo será comercializar esta tecnología a bajo coste y gran escala. Este es solo el principio de un camino que sienta las bases de la gran revolución en el almacenamiento de energía renovable.