Durante las últimas décadas, las baterías de iones de sodio han despertado un gran interés, debido a la abundancia, bajo coste y amplia disponibilidad del sodio en la corteza terrestre. Así pues, las baterías de iones de sodio son una alternativa más económica y menos dependiente de reservas minerales que las baterías de iones de litio (baterías ampliamente utilizadas, aunque tienen un elevado impacto ambiental). Sin embargo, las baterías de iones de sodio presentan desafíos significativos, como una baja densidad energética e insuficientes ciclos de carga-descarga.

“Casi todas las baterías que se utilizan tanto en los coches eléctricos como en los dispositivos más pequeños son de iones de litio. El litio utilizado en dichas baterías, así como otros materiales necesarios para su fabricación, como el cobalto, el níquel y el manganeso, son elementos que están recogidos en una lista de materiales críticos de la Unión Europea, y por tanto se quiere intentar reducir su uso”, explica la doctora Nekane Nieto. El Grupo de Estado Sólido y Materiales de la EHU busca desarrollar baterías de iones de sodio utilizando materiales procedentes de la biomasa.

Las baterías constan de un cátodo (la parte positiva), un ánodo (la parte negativa) y un electrolito, que sirve para que las cargas se desplacen de uno a otro y conseguir, así, una corriente eléctrica. El grupo de la Universidad del País Vasco investiga para conseguir ánodos basados en carbones obtenidos de biomasa residual recogida en la CAPV, es decir, convirtiendo desechos en materiales útiles para estas baterías. “Nuestra idea es montar baterías lo más sostenibles posibles”, afirma Nieto.

Baterías de tipo botón

En este estudio, el grupo ha probado diferentes tipos de biomasa, como posos de café, tallos de plantas, arbustos de especies invasoras, pepitas o piel de uva, mazorcas de maíz e incluso compost obtenido a partir de biorresiduos. “Pero de entre todos ellos, los carbones obtenidos a partir de las cáscaras de pipas han dado los mejores resultados”, señala Nieto. Una vez optimizado este ánodo derivado de las cáscaras de pipas, “lo emparejamos con varios cátodos diferentes en pilas de tipo botón recargables, que contienen vanadio, hierro y/o titanio en su composición, elementos que no son tan críticos y se utilizan en menor cantidad en estos materiales”, añade.

Con todo ello, el grupo ha realizado un análisis de ciclo de vida para determinar qué combinación ánodo/cátodo ofrece las mejores prestaciones como batería y el menor impacto ambiental. “Hemos conseguido unos resultados muy competitivos en comparación con los descritos hasta ahora. Se trata de baterías recargables hechas a partir de cáscaras de pipas capaces de almacenar una cantidad de energía adecuada y de soportar incluso 1.000 ciclos de carga y descarga, eligiendo en cada caso la química de cátodo más respetuosa con el medio ambiente”, afirma la investigadora.

Nieto remarca la importancia de haber construido estas baterías “a partir de materiales de biomasa y de elementos que no están dentro de la lista de materiales críticos. Aunque es cierto —reconoce— que todavía no son competitivas en comparación a las baterías de iones de litio: nuestras baterías se pueden utilizar como sistema complementario o en dispositivos pequeños”. Actualmente trabajan para conseguir baterías de mayor tamaño.

Nieto hace hincapié en que “no siempre hay que centrarse en las baterías que ya están comercializadas. Siempre es posible explorar enfoques distintos y mejorar la sostenibilidad aprovechando residuos que actualmente no se usan. Es importante pensar que hay que buscar alternativas a las baterías de iones de litio, y que en un futuro la industria pueda utilizar diferentes tipos residuos para fabricar baterías en función de la aplicación que se les quiera dar”.

Información complementaria

Este estudio es parte de la tesis doctoral que Nekane Nieto Álvaro ha desarrollado en el Grupo de Estado Sólido y Materiales, bajo la dirección de la profesora Verónica Palomares Durán y del catedrático Teófilo Rojo Aparicio de la EHU. Parte del trabajo se ha realizado en colaboración con el grupo SUPREN de la Escuela de Ingeniería de Bilbao.

Actualmente Nieto es investigadora posdoctoral en el grupo EDGY de BCMaterials, dedicado a la investigación de baterías sostenibles y amigables con el medio ambiente.

Este trabajo ha sido financiado por el Ministerio de Ciencia e Innovación (PID2023-151153OB-I00) y el Gobierno Vasco/Eusko Jaurlaritza (IT-1226-19, IT-1546-22, IT1554-22 y 334423EIAE GVCV23/05).