La carrera por la carga rápida no es solo cosa de móviles y coches eléctricos. Detrás está una pregunta muy concreta: ¿qué tipo de batería aguanta mejor las prisas de la transición energética sin depender de materiales escasos ni encarecer la factura de la luz?
Un equipo de la Tokyo University of Science acaba de aportar una pieza importante. Sus resultados muestran que, en electrodos de carbono duro, los iones de sodio se mueven y se almacenan de forma más rápida que los de litio y con menor sensibilidad a la temperatura. Todo ello medido con pruebas muy finas, no solo con promesas de laboratorio.
En la práctica, esto significa que ciertas baterías de sodio-ion podrían cargarse tan rápido o incluso más rápido que muchas baterías de litio-ion actuales, manteniendo un comportamiento más estable cuando hace frío o calor. Y eso, en un mundo de olas de calor y picos de demanda eléctrica, no es un detalle menor.
Sodio abundante y sin cuellos de botella
El atractivo del sodio empieza por algo muy sencillo. Es un elemento mucho más abundante que el litio y está repartido de forma más homogénea en el planeta, sobre todo en forma de sal común. No depende tanto de unos pocos países ni de minas concretas, lo que reduce el riesgo de tensiones geopolíticas y de precios disparados.
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Hasta ahora, las baterías de sodio se veían en buena medida como la opción barata para almacenamiento estacionario donde el peso importa menos. Algo así como el “segundo plato” frente al litio. El nuevo trabajo cuestiona esa idea y sugiere que el sodio puede competir también en prestaciones clave como la velocidad de carga y la estabilidad térmica.
El papel del carbono duro y los “atascos de iones”
La pieza clave de esta historia es el carbono duro, un tipo de carbono poco cristalino y lleno de nanoporos internos. Esa estructura porosa permite alojar muchas más unidades de sodio que otros materiales tradicionales, acercando la densidad energética de las baterías de sodio a la de baterías de litio comerciales.
El problema es que las pruebas habituales con electrodos “densos” tienden a crear algo parecido a un atasco de tráfico. Durante una carga rápida, los iones que se mueven por el electrolito se amontonan cerca de la superficie del electrodo. Al final, lo que se mide no es tanto la velocidad real del material, sino la dificultad de circular por ese atasco químico.
Para evitarlo, el grupo de Shinichi Komaba ha usado el llamado método del electrodo diluido. En lugar de fabricar un electrodo solo con partículas de carbono duro, mezclan ese material activo con óxido de aluminio, que es electroquímicamente inerte. Al estar “espaciadas” y muy bien bañadas por el electrolito, cada partícula de carbono duro puede mostrar de verdad su comportamiento, sin cuellos de botella artificiales.
Qué han medido exactamente los investigadores
Con este truco experimental, el equipo comparó la inserción de sodio y de litio en el mismo carbono duro. Usaron varias técnicas electroquímicas, entre ellas voltametría cíclica y escalones de potencial, para seguir paso a paso cómo entran los iones en el material.
Las conclusiones son claras. Cuando se tienen en cuenta las dos etapas importantes del proceso adsorción o intercalación inicial y relleno de poros, la inserción de sodio resulta más rápida que la de litio en estos electrodos diluidos. Los coeficientes de difusión aparentes que son una forma de medir lo deprisa que se mueven los iones dentro del sólido se sitúan en valores algo más altos para el sodio que para el litio. Dicho de forma sencilla: el sodio se desenvuelve con más soltura dentro del carbono duro.
El análisis de la dependencia con la temperatura añade otro matiz interesante. El equipo ha calculado energías de activación de alrededor de 55 kilojulios por mol para el sodio y de unos 65 kilojulios por mol para el litio en este material. Esa diferencia indica que el sodio necesita superar una barrera energética algo menor y que su velocidad de carga se resiente menos cuando bajan las temperaturas.
Además, los investigadores han identificado el paso que realmente marca el ritmo de la carga: el relleno de los nanoporos, donde los iones se agrupan en forma de pequeños cúmulos seudo metálicos. La etapa inicial es muy rápida para ambos iones, pero el rendimiento final queda limitado por lo bien que funcione este relleno interno del carbono duro.
Qué significa para la energía renovable y la movilidad eléctrica
Si estas ventajas se confirman en celdas comerciales completas, las baterías de sodio-ion podrían ganar peso en aplicaciones donde la potencia y la robustez importan tanto como la energía almacenada. Hablamos de almacenamiento para autoconsumo fotovoltaico, baterías de barrio que suavizan picos de demanda o sistemas que respaldan parques eólicos en días de viento cambiante.
En movilidad, el sodio puede encajar en segmentos urbanos y de corta distancia como flotas compartidas, micromovilidad o reparto de última milla, donde el peso extra es menos crítico que el coste, la durabilidad y la posibilidad de recargas rápidas y frecuentes. Para el usuario de a pie, el efecto se traduciría en soluciones de carga más ágiles sin depender tanto de materiales problemáticos ni temer el envejecimiento prematuro de la batería cada vez que se usa un cargador rápido.
Conviene, aun así, mantener los pies en la tierra. Este trabajo mide con gran precisión el comportamiento del material del electrodo, no de un coche eléctrico terminado en el concesionario. Falta integrar estos avances en diseños industriales, optimizar otros componentes de la celda y verificar cuántos ciclos de carga y descarga aguantan a gran escala.
Lo que sí deja claro es algo importante. La transición ecológica no tendrá una única batería ganadora. Contar con tecnologías de sodio capaces de cargarse rápido, con buena estabilidad térmica y apoyadas en recursos abundantes permite diversificar y reducir presión sobre el litio y otros metales críticos. A cambio, las redes eléctricas y la movilidad eléctrica ganan margen para adaptarse a un clima cada vez más extremo.
El estudio científico completo se ha publicado en la revista Chemical Science y puede consultarse en la web de la Royal Society of Chemistry, mientras que la nota de prensa oficial está disponible en la página de la Tokyo University of Science.
