Investigadores de Sandia National Laboratories (Estados Unidos) han diseñado una nueva clase de baterías de sodio fundido para el almacenamiento de energía a escala de red, capaces de operar a temperaturas más bajas que las de sodio-azufre.
Las baterías de sodio fundido se han utilizado durante muchos años para almacenar energía de fuentes renovables, como paneles solares y turbinas eólicas. Sin embargo, las baterías de sodio fundido disponibles comercialmente, llamadas baterías de sodio-azufre, generalmente operan a 520-660 grados Fahrenheit. La nueva batería de yoduro de sodio fundido de Sandia funciona a una temperatura mucho más fría, 230 grados en la escala Farenheit (ºF), el equivalente a unos 110 grados Celsius (ºC).
Temperatura de funcionamiento 110 ºC
Los investigadores han estado trabajando para reducir al máximo posible la temperatura de funcionamiento de las baterías de sodio fundido. De esta manera, se da un gran ahorro de costes en cascada, ya que las baterías necesitan menos aislamiento y un cableado mucho más delgado.
Entre las principales innovaciones que hacen posible bajar la temperatura de funcionamiento de la batería a 110 ºC, se encuentra el desarrollo de un catolito, una mezcla líquida de dos sales, en este caso, yoduro de sodio y cloruro de galio. Este nuevo catolito también utiliza un separador de cerámica especial.
Cuando se descarga energía de la nueva batería, el sodio metálico produce iones y electrones de sodio. Por otro lado, los electrones convierten el yodo en iones de yoduro. Los iones de sodio se mueven a través del separador hacia el otro lado donde reaccionan con los iones de yoduro para formar la sal de yoduro de sodio fundida. En lugar de un electrolito de ácido sulfúrico, el centro de la batería es un separador cerámico especial que permite que solo los iones de sodio se trasladen de un lado a otro.
Larga duración y más seguras
La pequeña batería de yoduro de sodio a escala de laboratorio de Sandia se probó durante ocho meses dentro de un horno. La pandemia de COVID-19 obligó a los científicos a pausar el experimento durante 30 días y dejar que el sodio fundido y el catolito se enfriaran a temperatura ambiente y se congelaran. Al volver al laboratorio, los investigadores comprobaron que, después de calentar la batería, aún seguía funcionando.
Esto significa que, si ocurriera una interrupción energética a gran escala, las baterías de yoduro de sodio seguirían siendo útiles. Para ello, basta con dejarlas enfriar hasta la congelación y, una vez reestablecido el suministro eléctrico, aumentar de nuevo su temperatura, recargar y volver a la operación normal. De esta manera se elimina un largo y costoso proceso de puesta en marcha, sin degradación química en el interior de la batería.
Las baterías de yoduro de sodio también son más seguras. Si un incendio externo envuelve una batería de yoduro de sodio, es probable que se agriete y deje de funcionar, pero sin agregar combustible al fuego ni causar un incendio de sodio.
Además, estos nuevos dispositivos operan a 3,6 voltios, un voltaje de funcionamiento un 40% más alto que una batería comercial de sodio fundido. Este voltaje conduce a una mayor densidad de energía, lo cual significa que las baterías necesitan menos celdas, menos conexiones entre las celdas y un costo unitario general más bajo para almacenar la misma cantidad de electricidad.
El futuro de las baterías de yoduro de sodio
El siguiente paso para el proyecto de la batería de yoduro de sodio es continuar ajustando y perfeccionando la química del catolito para reemplazar el componente de cloruro de galio, ya que es 100 veces más caro que la sal de mesa.
El equipo también está trabajando en varios ajustes de ingeniería para que la batería se cargue y descargue más rápido y más completamente. Una modificación previamente identificada para acelerar la carga de la batería fue recubrir el lado de sodio fundido del separador de cerámica con una fina capa de estaño.
Sin embargo, los científicos que han participado en este proyecto aseguran que la mayoría de los retos restantes son desafíos de comercialización, en lugar de desafíos técnicos, así que estiman que se necesitarían de cinco a diez años para llevar las baterías de yoduro de sodio al mercado.
El desarrollo de la nueva batería de sodio ha sido apoyado por la Oficina del Programa de Almacenamiento de Energía Eléctrica del Departamento de Energía de Estados Unidos.