El sodio (Na), que es más de 500 veces más abundante que el
litio (Li), ha llamado recientemente la atención por su
potencial en tecnologías de baterías de iones de sodio. Sin
embargo, las baterías de iones de sodio existentes enfrentan
limitaciones fundamentales, incluida una menor potencia de
salida, propiedades de almacenamiento limitadas y tiempos de
carga más largos, lo que hace necesaria la creación de
materiales de almacenamiento de energía de próxima generación.
El 11 de abril, KAIST (representada por el Presidente Kwang
Hyung Lee) anunció que un equipo de investigación liderado por
el Profesor Jeung Ku Kang del Departamento de Ciencia e
Ingeniería de Materiales había desarrollado una batería de sodio
de alta energía y alta potencia capaz de carga rápida.
El innovador sistema de almacenamiento de energía híbrida
integra materiales de
ánodo típicamente utilizados en baterías con cátodos adecuados
para supercondensadores. Esta combinación permite que el
dispositivo logre tanto altas capacidades de almacenamiento como
tasas de carga y descarga rápidas, posicionándolo como una
alternativa viable de próxima generación a las baterías de iones
de litio.
Sin embargo, el desarrollo de una batería híbrida con alta
energía y alta densidad de potencia requiere una mejora en la
lenta tasa de almacenamiento de energía de los ánodos tipo
batería, así como el mejoramiento de la capacidad relativamente
baja de los materiales de cátodo tipo supercondensador.
Para dar cuenta de esto, el equipo del Profesor Kang utilizó dos
marcos metal-orgánicos distintos para la síntesis optimizada de
baterías híbridas. Este enfoque llevó al desarrollo de un
material de ánodo con cinética mejorada mediante la inclusión de
materiales activos finos en carbono poroso derivado de marcos
metal-orgánicos. Además, se sintetizó un material de cátodo de
alta capacidad, y la combinación de los materiales de cátodo y
ánodo permitió el desarrollo de un sistema de almacenamiento de
iones de sodio optimizando el equilibrio y minimizando las
disparidades en las tasas de almacenamiento de energía entre los
electrodos.
La celda completa ensamblada, que comprende el ánodo y el cátodo
recién desarrollados, forma un dispositivo de almacenamiento de
energía híbrido de iones de sodio de alto rendimiento.
Este dispositivo supera la densidad
de energía de las baterías de iones de litio comerciales y
exhibe las características de la densidad de potencia de los
supercondensadores.
Se espera que sea adecuado para
aplicaciones de carga rápida que van desde vehículos eléctricos
hasta dispositivos electrónicos inteligentes y tecnologías
aeroespaciales.
El Profesor Kang señaló que el dispositivo de almacenamiento de
energía híbrido de iones de sodio, capaz de carga rápida y
logrando una densidad de energía de 247 Wh/kg y una densidad de
potencia de 34,748 W/kg, representa un avance en la superación
de las limitaciones actuales de los sistemas de almacenamiento
de energía. Anticipa aplicaciones más amplias en diversos
dispositivos electrónicos, incluidos vehículos eléctricos.
Esta investigación, coautoría de los candidatos doctorales de
KAIST Jong Hui Choi y Dong Won Kim, se publicó en la revista
internacional Energy Storage Materials el 29 de marzo con el
título "Anodo de hierro multivalente de baja cristalinidad
incrustado en carbono grafítico poroso enriquecido con azufre y
cátodo de alta superficie de área enriquecido con oxígeno de
estructuras carbonadas grafíticas porosas tridimensionales para
sistemas de almacenamiento de energía híbridos de sodio de alto
rendimiento".
El estudio se realizó con el apoyo del Ministerio de Ciencia y
TIC y la Fundación Nacional de Investigación de Corea a través
del Proyecto de Desarrollo de Tecnología de Nanomateriales.
