Las baterías de iones de sodio seguras destacan en las energías renovables y las aplicaciones industriales
Las baterías de iones de litio (LIB, por sus siglas en inglés) han revolucionado la electrónica de consumo portátil y se utilizan en la mayoría de los vehículos eléctricos actuales. También alimentan equipos de manipulación de materiales, como pequeñas carretillas elevadoras o robots en entornos industriales, y proporcionan almacenamiento de energía en aplicaciones de energías renovables. Las LIB se enfrentan a importantes retos, como la inestabilidad de la cadena de suministro, exacerbada por el aumento vertiginoso de la demanda, la seguridad relacionada con una reacción química incontrolada denominada desbordamiento térmico que provoca incendios, y procesos de reciclaje incoherentes. Para resolver estos problemas, el equipo del proyecto NAIMA, financiado con fondos europeos, ha sacado del laboratorio y llevado a la industria la prometedora tecnología de las baterías de iones de sodio (Na) —una alternativa a las LIB— a través de dos casos de uso muy exitosos y oportunos: la industria 4.0 y las energías renovables.
Ampliación y creación de prototipos de materiales activos
En NAIMA se desarrollaron y mejoraron materiales para el ánodo, el cátodo y el electrolito, incluidos precursores de biomasa seca para los ánodos y materiales activos de cátodo óxido polianiónico y laminar. Se pasó de la producción en laboratorio a varios kilogramos (a escala industrial). Según el coordinador del proyecto John Abou-Rjeily de TIAMAT: «La disponibilidad en la Unión Europea de las materias primas necesarias para producir el ánodo, el cátodo y el electrolito garantiza la viabilidad de sus procesos de fabricación, apoyando así la independencia europea. Además, los iones de Na pueden almacenarse a 0 V, protegiendo las baterías de los riesgos de seguridad inherentes a las LIB». «Hemos producido varios kilogramos de nuestras materias primas —en una producción a escala industrial—, lo que ha permitido crear con éxito prototipos de dos configuraciones diferentes de pilas de iones de Na: alta densidad de potencia (relacionada con la rapidez con que un dispositivo puede cargar y descargar su energía) y alta densidad de energía (una medida sobre cuánta energía puede almacenar el dispositivo)», señala Abou-Rjeily. La primera alcanzó los 100 vatios-hora/kg (Wh/kg) y la segunda los 140 Wh/kg, superando con creces otras alternativas y acercándose rápidamente a las actuales celdas de LIB.
Casos de uso de la industria 4.0 y generación de energías renovables
Se fabricaron varios paquetes de baterías de iones de Na de 48 V con más de 500 celdas de iones de Na NAIMA y un sistema de gestión de baterías de última generación. Se validaron en dos escenarios de distintos países europeos. Una aplicación de la industria 4.0 dirigida a la gestión eficaz de los picos de demanda de energía y la reducción de los costes energéticos. Una aplicación de energías renovables suaviza la fluctuación del suministro de energía fotovoltaica o eólica. Los resultados demostraron que la tecnología de las baterías de iones de Na es una alternativa sólida a la tecnología de LIB tanto para las energías renovables como para las aplicaciones industriales. Las baterías de iones de Na también son menos complicadas, lo cual agiliza su funcionamiento y mantenimiento, y son compatibles con las aplicaciones de vehículos eléctricos, donde también pueden coexistir con las LIB en configuraciones híbridas.
Baterías de iones de sodio: acelerar la transición energética europea
Además de su independencia europea y su excelente rendimiento, la tecnología de las baterías de iones de Na cumple todos los requisitos en materia de sostenibilidad, diseño ecológico y economía circular. La sostenibilidad superior a las LIB está garantizada por un suministro europeo de materias primas, entre las que se encuentran bioprecursores de biomasa seca, carbono duro y sales. «Nuestra cadena de suministro europea sostenible y nuestros materiales respetuosos con el medio ambiente se reforzaron con un método de diseño ecológico, un desarrollo de productos que fusiona la sostenibilidad y las estrategias técnicas (análisis del ciclo de vida y coste del ciclo de vida), así como la exploración de aplicaciones reales de segunda vida, incluidos los procesos de reutilización y reensamblaje. Nuestro proceso de reciclado a medida permitió demostrar una reciclabilidad del 51 %», añade Abou-Rjeily. La colaboración de NAIMA con más de cien personas de quince establecimientos diversos de nueve países europeos ha apoyado la transición hacia un sistema energético seguro, sostenible y competitivo basado en la tecnología de iones de Na.
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