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Las baterías ion-litio pueden estar bien para su smartphone, pero cuando se trata de almacenamiento de energía a gran escala, las prioridades cambian del rendimiento compacto en la que las baterías Ion-litio son excepcionales) a la viabilidad de bajo precio y coste ambiental en el que las baterías de litio tienen todavía mucho margen de mejora). Una nueva "batería de madera" podría permitir el avance en la tecnología de las baterías de sodio-ion emergentes como una batería de larga duración, eficiente y respetuosa con el medio ambiente para el almacenamiento de energía a gran escala.

Los científicos especulan que las baterías de iones de sodio, en la actualidad en fase de desarrollo, pueden adaptarse de almacenamiento de energía a gran escala mucho mejor que las baterías de ion-litio, en parte porque el sodio es más barato y abundante, y porque el sodio es ambientalmente benigno. Pero para que las baterías de iones de Na se conviertan en una opción de almacenamiento de energía viable, hay muchos obstáculos que superar, el más grande de los cuales es el fenómeno conocido como sodiation.

Con cada ciclo de carga / descarga, los iones de sodio causan que el ánodo de la batería se  hinche en hasta un 420 por ciento y luego vuelve a la normalidad. Este fenómeno, conocido como sodiation, literalmente, puede pulverizar el ánodo después de tan sólo 20 ciclos, lo que hace que la batería tenga una muy corta duración. Los investigadores de La Universidad de Maryland, Liangbing Hu y Teng Li, encontraron una solución a este problema.

Las bases rígidas a menudo utilizadas en las baterías existentes son demasiado frágiles para soportar la expansión y la contracción causada por sodiation, por lo que los investigadores recurrieron a las fibras de madera mucho más suaves. Estas han evolucionado para soportar estas fuerzas extremadamente bien, ya que utilizan fuerzas capilares para transferir los iones sodio desde el suelo a su alrededor a las hojas de su árbol. La batería de iones de sodio resultante que utiliza fibras de madera aumenta la durabilidad de veinte veces en comparación con diseños anteriores.

Las fibras de madera se recubren primero con nanotubos de carbono de pared simple para hacerlos eléctricos...

Los investigadores recubrieron una astilla de fibras de madera con una fina capa 10 nm) de nanotubos de carbono de pared simple para que sea conductor de la electricidad, y luego depositaron una película de estaño sobre él. Las fibras de madera blanda neutralizan eficazmente las fuertes tensiones mecánicas del proceso sodiation: Incluso después de la carga y descarga de las baterías varias cientos de veces, la madera terminó arrugada pero sorprendentemente intacta.

"Empujar los iones de sodio a través de los ánodos de estaño menudo debilitan la conexión de la lata a su material de base", dijo el profesor Li, asociado de ingeniería mecánica. "Sin embargo, las fibras de madera son lo suficientemente suaves para servir como un amortiguador mecánico, y por lo tanto pueden adaptarse a los cambios de estaño. Esta es la clave para las baterías de sodio-litio tengan una larga duración."

"Las fibras de madera que forman un árbol, transportan el agua rica en minerales, por lo que son ideales para el almacenamiento de los electrolitos líquidos, por lo que no sólo es la base, es la parte activa de la batería", añadió Hu.

En sus pruebas, los investigadores midieron el rendimiento sobre la bicicleta durante 400 ciclos con una capacidad inicial de 339 mAh / g, que es una mejora con respecto a diseños anteriores.

Debido a que el sodio no almacena la energía tan eficientemente como litio, hay pocas posibilidades de que esta tecnología encuentre actualmente su camino como herramienta de próxima generación. Sin embargo, debido a su bajo costo y el uso de materiales comunes ambientalmente benignos, las baterías de sodio-litio se podrían utilizar para almacenar grandes cantidades de energía a partir de fuentes de energía renovables, como la eólica y la solar.

Un artículo que detalla la investigación fue publicada en la revista Nano Letters.

Fuente: UMD