El sodio, abundante y económico, gana terreno como alternativa a las baterías de litio. Aunque aún enfrenta desafíos técnicos y económicos, los avances recientes abren nuevas puertas para un futuro energético más sostenible

¿Por qué mirar más allá del litio?

Las baterías de iones de litio son omnipresentes en nuestra vida cotidiana, desde teléfonos móviles hasta automóviles eléctricos y sistemas de almacenamiento de energía renovable. Sin embargo, el litio tiene un problema: es relativamente escaso y su disponibilidad está concentrada en unos pocos países. Según Y. Shirley Meng, química de baterías de la Universidad de Chicago, «no sé si podemos lograr una economía completamente renovable solo con iones de litio».

Para satisfacer las necesidades de un mundo impulsado por energía limpia, se requeriría una capacidad de almacenamiento de energía 200 veces mayor que la actual. Esto plantea la necesidad de explorar alternativas viables, y aquí es donde entra el sodio.

El sodio: una solución accesible pero desafiante

El sodio es barato, abundante y fácil de obtener, ya que se encuentra en el agua de mar y en minas de sal. Pero hay un obstáculo técnico importante: los iones de sodio son tres veces más grandes que los de litio, lo que dificulta su movimiento dentro de los electrodos de las baterías. Esto reduce significativamente la capacidad de almacenamiento de energía y aumenta el tamaño de las celdas necesarias para igualar el rendimiento de las baterías de litio.

Sin embargo, los investigadores están haciendo avances notables. En los últimos seis meses, varios laboratorios han desarrollado baterías de sodio que alcanzan densidades energéticas comparables a las de las celdas de litio de gama baja. «El progreso ha sido asombroso», señala Dan Steingart, químico de baterías de la Universidad de Columbia.

Avances clave en tecnología de baterías de sodio

Los científicos están explorando múltiples caminos para superar las limitaciones del sodio. Una estrategia es modificar los materiales de los electrodos:

1. Ánodos mejorados:
   Las baterías de litio utilizan grafito como ánodo, pero esta estructura tiende a excluir los iones de sodio. Para solucionarlo, muchos investigadores están recurriendo al carbono duro, una forma de carbono con poros que permiten la entrada de iones de sodio. Además, agregar estaño al ánodo puede aumentar significativamente su capacidad para retener sodio. Por ejemplo, la empresa emergente UNIGRID, con sede en San Diego, ha desarrollado baterías con una densidad energética de 170 Wh/kg, un paso importante hacia las 200 Wh/kg de las baterías de litio de gama baja.
2. Cátodos innovadores:
   Los cátodos también están recibiendo atención. Un material prometedor es una mezcla de sodio, vanadio, fósforo y oxígeno (NaVPO4), que forma estructuras en capas que facilitan el flujo de iones de sodio. Investigadores liderados por Pieremanuele Canepa, de la Universidad de Houston, han optimizado este material para aumentar su capacidad de almacenamiento en un 15%. Otro enfoque radical es el uso de compuestos orgánicos como cátodos. Recientemente, el equipo de Mircea Dincă en el Instituto Tecnológico de Massachusetts desarrolló un cátodo llamado TAQ, que no solo es estable durante miles de ciclos de carga-descarga, sino que también ofrece una de las mayores densidades energéticas registradas para baterías de sodio.

Primeros pasos comerciales

Las baterías de sodio ya están comenzando a salir de los laboratorios y entrar en el mercado. En noviembre de 2024, CATL, el mayor fabricante de baterías del mundo, presentó su segunda generación de baterías de sodio con una densidad energética de 200 Wh/kg, un aumento significativo respecto a los 160 Wh/kg de su primera versión. Mientras tanto, BYD, otro gigante chino, está construyendo una planta para producir 30 gigavatios-hora de baterías de sodio anuales para 2027, principalmente destinadas al almacenamiento de energía renovable.

A pesar de estos avances, los expertos advierten que las baterías de sodio aún no están listas para reemplazar completamente al litio. «Todavía no hemos llegado a ese punto», afirma Jean-Marie Tarascon, químico del Colegio de Francia. Además, el precio del litio ha caído un 70% en los últimos tres años debido a un exceso de oferta, lo que reduce temporalmente el incentivo económico para adoptar alternativas.

Desafíos y oportunidades futuras

Los obstáculos no son solo técnicos. La falta de transparencia en los diseños y rendimientos de las baterías de sodio genera escepticismo entre los expertos. Además, los fabricantes de estas baterías aún son pequeños en comparación con los gigantes del litio, lo que limita las economías de escala.

Un ejemplo reciente de estos desafíos es la quiebra de Northvolt, una empresa sueca pionera en baterías de sodio, en noviembre de 2024. Sin embargo, otros creen que los avances tecnológicos seguirán impulsando el campo. Según William Chueh, científico de materiales de la Universidad de Stanford, «todavía estamos en las primeras etapas» de comprender la química básica de estas baterías.

La política también juega un papel crucial. Las decisiones recientes del gobierno estadounidense, como la suspensión del apoyo federal a proyectos de energía eólica y solar, podrían afectar la demanda de sistemas de almacenamiento de energía a gran escala. Sin embargo, medidas como las restricciones chinas a la exportación de grafito podrían impulsar la búsqueda de alternativas como el sodio.

Hacia un futuro más verde

Aunque las baterías de sodio aún tienen camino por recorrer, los avances recientes muestran que esta tecnología tiene un enorme potencial para complementar o incluso reemplazar al litio en ciertas aplicaciones. Con más investigación y desarrollo, podrían convertirse en una pieza clave para construir una economía global más sostenible y resiliente.

«El futuro depende de nuestra capacidad para innovar», concluye Laurence Croguennec, director del Instituto de Química de la Materia Condensada de Burdeos. Y quizás, el sodio sea parte de esa solución.

Referencias

• Publicaciones recientes en Nature Materials y Nature Energy.
• Investigaciones lideradas por CATL, BYD y otras empresas emergentes.
• Entrevistas con expertos en baterías como Y. Shirley Meng, Dan Steingart y Jean-Marie Tarascon.

Por Daniel Ventuñuk
En base al artículo de Robert F. Service en Science