Quimica ¿Qué son las baterías de sodio?

Introducción

En la siguiente investigación tendremos claros que es una batería de sodio en que servirá para que servirá cuáles serán sus desventajas además de sus ventajas, veremos por qué será más apropiada realizar y utilizar estas baterías en cambio a las otras. En el trabajo que se presenta a continuación se verá un poco de Una vida más larga y una mayor capacidad de una batería podría ser el caballo de batalla de una red de energías renovables son los objetivos de un estudio dirigido por el doctor George Nelson, un profesor asociado de ingeniería mecánica y aeroespacial en la Universidad de Alabama en Huntsville (UAH), sobre el efecto de los ciclos de carga en la estructura de los ánodos en las baterías de ion sodio. 

Objetivos

• Tener conciencia de las nuevas baterías

• Saber el ¿Por qué de las baterías?

• Tener un bienestar

• Impedir más la contaminación

Planteamiento del problema

• ¿Qué son las baterías de sodio?

• ¿Cuáles son las ventajas de la batería de sodio?

• ¿Cuál es la utilidad de la batería de sodio?

• ¿Por qué podrán sustituir al petróleo blanco?

Marco teórico

¿Qué son las baterías de sodio?

Los materiales activos en este tipo de baterías son el azufre fundido como cátodo y el sodio fundido como ánodo. Dichos electrodos se encuentran separados por un material cerámico en estado sólido que sirve de electrolito, a través de éste pasan únicamente los iones de sodio con carga positiva. Durante la descarga los electrones salen del sodio metal, dando lugar a la formación de iones de sodio con carga positiva que pasan a través del cerámico al electrodo positivo. Los electrones que salen del sodio metal se mueven a través del circuito y vuelven de nuevo a la batería a través del electrodo positivo, donde son absorbidos por el azufre fundido para formar polisulfuro. Los iones de sodio con carga positiva desplazados al electrodo positivo equilibran el flujo de carga de los electrones. Durante la carga, el proceso es el inverso del descrito

[pic 1]

Estas baterías necesitan un aporte de calor para mantenerse a temperaturas superiores a 300ºC, lo cual supone que los sistemas encargados de aportar este calor se consideran parte integrante de la propia batería. Tienen un estado mínimo de carga del 10%, con un rendimiento del 80 %, y con un total de 4500 ciclos equivalentes como vida útil. Sus costes de adquisición están en los 285 €/kWh y los costes de operación y mantenimiento están en torno a los 3 €/kWh. Cabe destacar que esta tecnología aún se encuentra en una fase de desarrollo. Empresas japonesas como TEPCO y NGK Insulators llevan 25 años desarrollando esta tecnología. Actualmente el único fabricante de este tipo de baterías es la empresa “NSK Insulators”, de manera que no existen muchas instalaciones que utilicen esta tecnología por ahora. La mayor instalación de baterías de sodio sulfura se encuentra actualmente en un parque eólico de 51 MW en Japón, la cual tiene una capacidad de 12 MWh (2MW en 6 horas)[pic 2]

Con una subvención de 233,000 dólares de tres años de la Fundación Nacional de Ciencia (NSF), el equipo utilizará la difracción de rayos X y las imágenes de rayos X multiescala para estudiar los cambios en la microestructura de los ánodos basados ​​en estaño, también conocidos como electrodos negativos. Eso afecta la longevidad y la capacidad de almacenamiento de la batería. 

"Al igual que con la mayoría de las baterías, existe el deseo de aumentar la capacidad de las baterías de iones de sodio. Desafortunadamente, los materiales de las baterías de alta capacidad como el estaño se expanden mucho cuando están completamente cargados de sodio", explicó el Dr. Nelson. 

"Estamos utilizando una combinación de experimentos y modelos numéricos para comprender exactamente cómo estos cambios afectan el rendimiento de la batería, de modo que los futuros ingenieros de baterías puedan diseñar los materiales y las microestructuras para hacer mejores baterías de iones de sodio", dijo. 

Los experimentos incluyen pruebas electroquímicas, difracción de rayos X para caracterizar la estructura cristalina de los materiales de los electrodos y en la tomografía de rayos X operando. Estos métodos experimentales se combinarán con estudios computacionales de mesoescala de microestructuras de electrodos de baterías de iones de sodio. La investigación proporcionará información sobre las interacciones entre la microestructura, la química y el rendimiento de las baterías de ion de sodio. 

 Aunque no son ideales para aplicaciones portátiles como electrónica móvil o vehículos eléctricos, las baterías de ión de sodio se adaptan bien a aplicaciones estacionarias como el almacenamiento de electricidad producida por energía solar y eólica. La subvención actual es la tercera que la NSF ha otorgado al Dr. Nelson desde 2014, por un total de aproximadamente $ 950,000.

 La investigación también es importante porque una amplia gama de aplicaciones y preocupaciones sobre el abastecimiento y la eliminación podrían limitar el litio como materia prima de la batería en el futuro.

"Las baterías de iones de litio son excelentes para el almacenamiento de energía, especialmente en aplicaciones móviles como teléfonos, computadoras portátiles y automóviles eléctricos", dijo el Dr. Nelson. "Sin embargo, si creamos una flota de vehículos eléctricos, continuamos con la expansión de la electrónica móvil y construimos baterías de gran escala basadas en tecnología de iones de litio, podríamos ejercer una gran presión sobre los suministros globales de litio. El sodio es abundante en la Tierra y las baterías de iones de sodio tienen energía densidades que son adecuadas para el almacenamiento a escala de red". 

Además, se han desarrollado baterías de iones de sodio que podrían descomponerse y desecharse en un relleno sanitario estándar, aliviando un problema de eliminación de residuos peligrosos inherente al litio. 

¿Cuáles son las ventajas de la batería de sodio?

Lo más importante es que el sodio es un elemento que se encuentra en grandes cantidades pero que a su vez es muy estable. La segunda característica vital está relacionada con la seguridad en la operación de el montaje y en el transporte. Esto último significa que puede ser enviada por vía aérea completamente descargada sin que se produzcan alteraciones que la deterioren.

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