Energía
Baterías de Estado Sólido de Sodio sin Ánodo podrían reducir la dependencia del ‘Triángulo del Litio’
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Las muchas formas de fabricar una batería
Los fabricantes investigan nuevas baterías para vehículos eléctricos y almacenamiento estacionario. Buscan mejorar costes, densidad energética, duración y seguridad, aunque ninguna tecnología optimiza todos esos aspectos a la vez.
Además de perfeccionar las baterías de ion de litio, se estudian otras químicas y arquitecturas. Los costes, materiales y riesgos varían: no todas las baterías de litio emplean los mismos metales ni tienen idéntico comportamiento térmico.
Fuente: Research Gate
Una alternativa es el ion de sodio, que utiliza sodio en lugar de litio y suele ofrecer menor densidad energética con los diseños comerciales actuales.
Otra línea son las baterías de estado sólido. Sustituyen el electrolito líquido por uno sólido; no eliminan el electrolito. Pueden permitir ciertas mejoras de seguridad o densidad, pero la carga rápida y el rendimiento dependen del diseño.
Las baterías denominadas “sin ánodo” cambian la arquitectura: se ensamblan sin material activo de ánodo preinstalado. Durante la carga se deposita metal sobre el colector de corriente y se forma el electrodo negativo.
Un trabajo de 2024 combinó sodio, electrolito sólido y una arquitectura sin ánodo preinstalado. Los autores lo presentaron como la primera combinación de esas tres características.
Batería de Estado Sólido de Sodio sin Ánodo
El estudio se publicó en Nature Energy con el título «Principios de diseño para una batería de sodio totalmente de estado sólido sin ánodo preinstalado». Participaron investigadores de la Universidad de California en San Diego y de la Universidad de Chicago. Era una demostración de investigación, no una batería comercial lista para cualquier vehículo.
Batería de Sodio
El sodio es abundante en la corteza terrestre y en el agua de mar, mucho más que el litio. La comparación de unas 1.000 veces se refiere a abundancias aproximadas en la corteza, no a la disponibilidad inmediata de materiales de calidad batería.
El crecimiento de la movilidad eléctrica plantea varios retos para el litio:
- Su precio puede variar mucho y afectar al coste de determinadas baterías.
- La extracción y el procesamiento tienen impactos ambientales que dependen del proyecto.
- La concentración geográfica de extracción y refinado genera riesgos de suministro.
La abundancia del sodio puede reducir algunas restricciones de materia prima, pero no elimina los costes de procesamiento ni posibles cuellos de botella industriales.
La menor densidad energética limita algunas aplicaciones de movilidad, aunque puede ser aceptable en ciertos vehículos y en almacenamiento estacionario.
Batería sin Ánodo
En muchas baterías recargables, durante la carga los iones se desplazan hacia el electrodo negativo y durante la descarga regresan hacia el positivo. Los electrones circulan por el circuito externo.
En la arquitectura sin ánodo preinstalado, el sodio se deposita electroquímicamente como metal sobre el colector de corriente durante la carga.
Eliminar el material inicial del ánodo puede reducir componentes y aumentar la densidad energética. La tensión, el coste y la vida útil dependen también de los demás materiales y del funcionamiento.
Fuente: Universidad de Chicago
Uno de los retos es conseguir un depósito uniforme y reversible del metal, evitando reacciones no deseadas y pérdida de material activo. No basta con eliminar cualquier depósito: la formación controlada de metal es parte del funcionamiento.
Batería de Estado Sólido
Las baterías de estado sólido son una línea prometedora, sobre todo cuando importa una alta densidad energética. No existe una “forma final” de batería establecida para todas las aplicaciones.
Cambiar el electrolito líquido por uno sólido puede permitir otras arquitecturas. No garantiza por sí solo menor peso ni carga y descarga más rápidas.
Entre los retos están el contacto entre sólidos y los cambios de volumen durante los ciclos.
El crecimiento no uniforme de metal y otros defectos pueden provocar cortocircuitos. Un electrolito sólido no elimina automáticamente todos los riesgos de seguridad.
Sodio sin Ánodo en Estado Sólido
En este diseño era importante mantener buen contacto entre el electrolito sólido y el colector de corriente.
Los investigadores utilizaron un colector formado a partir de polvo de aluminio compactado. Su capacidad de deformarse y adaptarse a la interfaz ayuda a mantener el contacto; no significa que el aluminio sea un líquido ni que actúe como electrolito.
Fuente: Universidad de Chicago
Muchos beneficios
El colector de aluminio favoreció la formación y retirada más uniforme del sodio en las condiciones estudiadas. No demuestra que cualquier batería de este tipo sea inmune a dendritas o fallos.
Una interfaz más estable puede reducir el sodio eléctricamente aislado y la pérdida de capacidad.
El original cita estimaciones de 200–400 Wh/kg para distintas configuraciones. Deben distinguirse las proyecciones de celda de medidas de prototipos y de la densidad de un paquete completo.
Fuente: Universidad de Chicago
Estas cifras pueden ser competitivas para ciertos usos, pero no superan necesariamente todas las baterías actuales. El sodio y el aluminio ofrecen ventajas de abundancia; la presencia de cobalto o níquel depende de la química del cátodo, no solo de cambiar litio por sodio.
El Poder de la Combinación
Las tecnologías de sodio, estado sólido y arquitecturas sin ánodo preinstalado tienen historias y grados de madurez diferentes. No todas eran simples conceptos hasta hace pocos años ni todas estaban ya probadas comercialmente en 2024.
Otras químicas y diseños se examinan en nuestros artículos «El futuro del almacenamiento de energía: tecnologías de baterías a escala de red” and “El futuro de la movilidad: tecnología de baterías”.
Combinar soluciones de diferentes líneas puede abrir nuevas posibilidades.
Sin embargo, la combinación debe validarse: una ventaja individual no garantiza que todas se conserven juntas.
En este caso, el colector de aluminio compactado mejoró la interfaz y la reversibilidad del depósito de sodio en una batería totalmente sólida.
No se puede concluir que el aluminio por sí solo haga que cualquier diseño sin ánodo tenga una densidad demasiado baja.
Tampoco que un colector de aluminio en una batería sólida resulte necesariamente caro si no se usa sodio.
El sodio ofrece materia prima abundante, pero el rendimiento final depende de la arquitectura, los electrodos, el electrolito y las condiciones de uso.
El resultado muestra una vía de investigación para combinar materiales y arquitectura. Su durabilidad a escala, fabricación, coste y seguridad comercial requieren más desarrollo.
Empresas de Baterías de Sodio
1. CATL
CATL es uno de los principales fabricantes de baterías del mundo. No producía más de la mitad de todas las baterías globales según la medida citada en el original: su cuota de baterías para vehículos eléctricos fue del 36,8% en 2023, según la comunicación de la empresa basada en SNE Research. Otras categorías pueden tener cuotas distintas.
La empresa desarrolla baterías de ion de litio y otras tecnologías. Entre sus anuncios figuran:
- Diseños de larga vida para almacenamiento estacionario con objetivos de miles de ciclos, incluidas cifras de 12.000 y 18.000 ciclos bajo condiciones específicas.
- Una batería LFP, de fosfato de hierro y litio, anunciada con hasta 700 km de autonomía y recarga equivalente a 400 km en diez minutos bajo condiciones de prueba concretas.
- Una batería condensada anunciada con hasta 500 Wh/kg, con posibles aplicaciones aeronáuticas; ello no equivale a electrificar ya aviones de pasajeros.
- Una primera generación de ion de sodio anunciada con hasta 160 Wh/kg y un objetivo de 200 Wh/kg. El anuncio técnico no debe confundirse con producción masiva demostrada de cualquier configuración.
Fuente: CATL
CATL también anunció su sistema estacionario TENER, descrito por la empresa como «capaz de mantener la capacidad sin degradación durante los primeros cinco años bajo las condiciones especificadas». La presentación tuvo lugar en Pekín; la ciudad no forma parte de la propiedad técnica.
TENER se presentó con 6,25 MWh en un contenedor de veinte pies. Las afirmaciones sobre vida útil y prevención de fugas térmicas son características anunciadas por CATL, no una garantía de ausencia de fallos en toda instalación.
CATL también anunció una inversión de 3.250 millones de dólares en capacidad de reciclaje en China. La empresa comunicó recuperaciones de 99,6% para níquel, cobalto y manganeso, y del 91% para litio, según sus procesos y condiciones.
Su escala y actividad de investigación la convierten en un proveedor importante para fabricantes como Tesla(TSLA ), NIO, Ford y Stellantis. La relación y el suministro concreto varían según modelo y mercado.
2. BYD
BYD es un fabricante importante de vehículos electrificados y baterías, y compite con Tesla y otras marcas.
La empresa pasó de fabricar baterías para teléfonos a producir vehículos eléctricos de batería e híbridos enchufables. Sus posiciones de ventas dependen del país, el periodo y la categoría; no era automáticamente la marca eléctrica más vendida en todos los países enumerados en el original.
BYD ha contribuido a la expansión de las exportaciones chinas de automóviles. China superó a Japón en exportaciones en 2023 por varios factores y fabricantes. BYD también anunció nuevas fábricas, como la de Hungría.
Modelos asequibles como el Seagull ampliaron su oferta. El Seagull comercializado en 2024 utilizaba baterías Blade de litio-ferrofosfato, no de sodio. Los precios de 10.000–12.000 dólares del original eran aproximaciones para ciertos mercados, no precios universales.
Fuente: User3204 — obra propia, CC BY-SA 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=142412738
BYD también compite con CATL en baterías LFP. Las cuotas chinas del 41,1% y 33,9% citadas en el original necesitan su periodo y categoría; no son cuotas permanentes del mercado mundial de baterías.
Las exportaciones pueden verse afectadas por aranceles y otras medidas comerciales. La magnitud y las consecuencias varían entre países.
También hay oportunidades en otros mercados, pero Sudamérica, África, Oriente Medio o el sudeste asiático no son bloques homogéneos ni carecen todos de industria automotriz local.
Una población de miles de millones no equivale a clientes potenciales con capacidad de compra inmediata. Tampoco garantiza que esos gobiernos eviten medidas comerciales o requisitos de producción local.
BYD puede competir mediante precio, productos y fabricación localizada. Los proyectos anunciados fuera de China deben distinguirse de fábricas ya operativas, y la competitividad dependerá de costes, impuestos, homologación y preferencias del mercado.
