RICHLAND, Washington / LONDRES– Investigadores del Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico (PNNL) del Departamento de Energía de EE. UU. han desarrollado una nueva química de electrolitos que permite que las baterías de iones de sodio-de alto-voltaje funcionen con una estabilidad sin precedentes, abordando una barrera de larga data-para la competitividad comercial de la tecnología.
Publicado en la revista Nano Energy, el trabajo presenta un "meta-electrolito de solvatación débil" - una filosofía de diseño que afloja deliberadamente el enlace entre los iones de sodio y las moléculas de disolvente para suprimir reacciones secundarias perjudiciales en las superficies de los electrodos. El enfoque representa una desviación fundamental de la ingeniería de electrolitos convencional.
Un nuevo paradigma para el control de solvatación
Las formulaciones de electrolitos de baterías comúnmente utilizadas se desarrollan generalmente para solvatar iones metálicos lo suficiente como para que los iones metálicos puedan moverse a través del líquido y transportar carga. Sin embargo, la fuerte asociación del ion metálico con el disolvente da como resultado la formación de una "capa" iónica increíblemente estable que rodea los iones metálicos, evitando así la ruptura de esta capa en la superficie del electrodo y el atrapamiento de moléculas de electrolitos en reacciones químicas parásitas una vez que esta capa se rompe. El resultado es que el electrolito se consume en la degradación de la batería y acelera la pérdida de capacidad de la batería.
Los investigadores del PNNL adoptaron un enfoque diferente y desarrollaron un meta-electrolito débilmente solvatante en el que los iones de sodio tienen una fuerza de unión mucho menor a las moléculas del disolvente. El electrolito meta-de solvatación débil tiene una estructura de solvatación intermedia que permite que los iones de sodio ocupen esta estructura y tengan diferentes características iónicas en la interfaz del electrodo. Como resultado, las fuertes interacciones entre el solvente-ion no crean capas de iones demasiado estables en la interfaz del electrodo que conducen a la degradación de la batería.
"La naturaleza meta-débilmente solvatante, definida como una solvatación de Na⁺ significativamente más débil que la del electrolito solvente único-con el componente solvente más débil, se confirma mediante ²³Na NMR", escribieron los investigadores. A través de análisis espectroscópicos complementarios - que incluyen Raman y FT-IR -, el equipo demostró que la solvatación debilitada surge de una dinámica de solvatación mejorada y afecta predominantemente a la coordinación del disolvente.
Rendimiento relevante para la industria-
Los resultados demostraron claras ventajas. El diseño de celda de batería propuesto logró una mejor movilidad del sodio, mientras que sus contrapartes convencionales exhibieron una degradación e inestabilidad más tempranas. Las pruebas de corriente de fuga confirmaron que la celda que utiliza el electrolito meta-de solvatación débil ofrece la mejor estabilidad interfacial de alto-voltaje, consistente con una reactividad reducida del solvente-libre y una mejor formación de la interfase cátodo-electrolito (CEI).
Lo más importante es que las celdas completas conservaron el 80 % de su capacidad después de 500 ciclos, superando sustancialmente tanto a los electrolitos convencionales basados en carbonato- como a los electrolitos localizados de alta-concentración (LHCE). El autor principal, An L. Phan, señaló que "el nuevo electrolito representa una nueva estrategia para regular la estructura de solvatación del Na que puede facilitar reacciones favorables y suprimir las no deseadas", lo que resulta en una reducción de la pérdida irreversible y la degradación de los materiales celulares en condiciones prácticas.
Por qué son importantes los iones-sodio
Las baterías de iones de sodio-se han considerado como una opción ya que tienen químicas similares, pero también difieren en términos de abundancia, accesibilidad, precio y estabilidad frente a las de iones de litio. Sin embargo, las baterías de iones de sodio-todavía están tardando más en desarrollarse comercialmente en comparación con las de litio: se han vendido cientos de miles de sedanes comerciales fabricados con baterías de iones de litio desde la década de 1990, y a finales de 2023 se lanzó un vehículo eléctrico que utiliza química de iones de sodio-, representando menos del 1% de la producción mundial total de baterías de iones de litio-a partir de 2025.
Esa dinámica está cambiando rápidamente. CATL, el mayor fabricante de baterías del mundo, ha confirmado planes para la implementación de iones de sodio-a gran-escala en múltiples sectores a partir de 2026, incluido un pedido de sistema de almacenamiento de energía de 60 GWh. BYD ha comenzado la construcción de su primera planta de baterías de iones de sodio-. El mercado de baterías de iones de sodio-está valorado actualmente en 2900 millones y se prevé que llegue a más del doble a 2900 millones y se proyecta a más del doble a 6200 millones para 2031. Según la AIE, se logra una estructura de solvatación eficaz rica en aniones- mientras se mantienen la movilidad local y la desolvatación favorables del Na⁺.
Perspectiva
El avance del PNNL llega en un momento crucial para la tecnología de iones de sodio-. Al resolver la inestabilidad interfacial que históricamente ha limitado el funcionamiento de alto-voltaje, el electrolito meta-de solvatación débil elimina un obstáculo clave para lograr las densidades de energía necesarias para una adopción más amplia de los vehículos eléctricos. La investigación está disponible en su totalidad en Nano Energy, volumen 154, julio de 2026.
Dado que 2026 se considera ampliamente como el "primer año" de comercialización de las baterías de iones de sodio-y que los principales fabricantes de baterías firman acuerdos de suministro de varios -gigavatios-hora, la ventana para que las tecnologías de almacenamiento de energía basadas en sodio-reclamen una participación significativa en el mercado mundial de baterías nunca ha sido tan amplia.
