En la batalla de las baterías La tecnología de iones de litio es la campeona reinante, alimentar ese teléfono celular en su bolsillo, así como un número cada vez mayor de vehículos eléctricos en la carretera.

Pero un nuevo material a base de iones de sodio y manganeso desarrollado en la Universidad de Texas en Dallas, en colaboración con la Universidad Nacional de Seúl, podría convertirse en un contendiente, ofreciendo un costo potencialmente más bajo, opción más ecológica para alimentar dispositivos de próxima generación y coches eléctricos.

El costo de la batería es un problema sustancial, dijo el Dr. Kyeongjae Cho, profesor de ciencia e ingeniería de materiales en la Escuela de Ingeniería y Ciencias de la Computación Erik Jonsson y autor principal de un artículo que describe el nuevo material de la revista Materiales avanzados .

A medida que los fabricantes, y los consumidores, presionan por más vehículos eléctricos (EV), La producción de litio puede tener dificultades para mantenerse al día con la creciente demanda, Cho dijo. Según un informe reciente de la Agencia Internacional de Energía, el stock mundial de automóviles eléctricos superó los 2 millones de vehículos en 2016 después de cruzar la marca de 1 millón en 2015. El informe señala que, dependiendo del entorno político, Es muy probable que oscile entre 9 y 20 millones para 2020 y entre 40 y 70 millones para 2025.

En términos de ahorro de costos en la batería del EV, usar sodio sería menos costoso porque el sodio es más abundante, pero tiene algunos inconvenientes.

"El litio es más caro, recurso limitado que debe extraerse de unas pocas áreas del mundo, "Dijo Cho." No hay problemas de minería con el sodio, se puede extraer del agua de mar. Desafortunadamente, aunque las baterías de iones de sodio pueden ser menos costosas que las que usan litio, el sodio tiende a proporcionar una densidad de energía un 20 por ciento más baja que el litio ".

La densidad de energía, o capacidad de almacenamiento de energía, de una batería determina el tiempo de ejecución de un dispositivo.

"Utilizamos nuestra experiencia previa y pensamos en estos temas:¿cómo podemos combinar estas ideas para encontrar algo nuevo para resolver el problema?" Cho dijo.

Una batería consta de un electrodo positivo, o ánodo; un electrodo negativo, o cátodo; y un electrolito en el medio. En una batería de iones de litio estándar, el cátodo está hecho de litio, cobalto, níquel y oxígeno, mientras que el ánodo está hecho de grafito, un tipo de carbono. Cuando la batería se carga, Los iones de litio se mueven a través del electrolito hasta el ánodo y se adhieren al carbono. Durante el alta, los iones de litio regresan al cátodo y proporcionan energía eléctrica para hacer funcionar los dispositivos.

"Había una gran esperanza hace varios años en el uso de óxido de manganeso en cátodos de baterías de iones de litio para aumentar la capacidad, pero desafortunadamente, esa combinación se vuelve inestable, "Dijo Cho.

En el diseño desarrollado por Cho y sus colegas, el sodio reemplaza la mayor parte del litio en el cátodo, y se utiliza manganeso en lugar de los elementos más caros y raros, el cobalto y el níquel.

"Nuestro material de iones de sodio es más estable, pero aún mantiene la alta capacidad energética del litio, "Cho dijo." Y creemos que esto es escalable, que es el objetivo de nuestra investigación. Queremos hacer el material de tal manera que el proceso sea compatible con la producción comercial en masa ".

Basado en su conocimiento de la física y química de otros materiales experimentales, los investigadores atacaron el problema con el diseño racional de materiales. Primero ejecutaron simulaciones por computadora para determinar la configuración de los átomos que se mostraban más prometedores antes de hacer y probar el material en el laboratorio.

Cho dijo que su investigación no se trata solo de crear una batería mejor. La forma en que se realizó la investigación es tan importante e interesante, él dijo.

"Cuando Thomas Edison intentaba desarrollar una bombilla, probó miles de materiales diferentes para el filamento para ver cuáles funcionaban, Cho dijo. Para resolver problemas de ingeniería muy importantes en la sociedad actual, Necesitamos desarrollar muchos materiales nuevos:materiales de batería, materiales de control de la contaminación y otros. Edison estaba perfeccionando un elemento, la bombilla, pero tenemos muchas más necesidades tecnológicas. No tenemos tiempo para seguir intentando encontrar accidentalmente la solución ".