Baterías más baratas y limpias: un hallazgo atómico abre camino a la era post-litio

Ingenieros de la Universidad de Brown descubrieron cómo se organizan los átomos de sodio dentro de estructuras de carbono nanoporosas. El hallazgo, presentado en Providence y publicado en EES Batteries, ofrece las primeras especificaciones concretas para diseñar ánodos más eficientes. La investigación detalla que el almacenamiento óptimo ocurre en poros de un nanómetro de diámetro. El avance llega cuando la industria del sodio se prepara para su escalado comercial global.

Un plano atómico para desbloquear baterías sostenibles

Un equipo de la Universidad de Brown ha dado el paso más decisivo hasta ahora en el diseño de baterías de iones de sodio, tecnología llamada a complementar o incluso sustituir a las baterías de litio en vehículos eléctricos y almacenamiento estacionario. Los investigadores lograron describir exactamente cómo los átomos de sodio se organizan dentro de estructuras de carbono con poros de un nanómetro, un nivel de precisión que la comunidad científica llevaba décadas intentando alcanzar.

La investigación, liderada por el postdoctorando Lincoln Mtemeri, muestra que el mecanismo de almacenamiento combina dos procesos: primero, los átomos de sodio se adhieren iónicamente a las paredes del poro; después, forman pequeños grupos metálicos en el centro. Este comportamiento dual mantiene un voltaje bajo y evita defectos peligrosos como los cortocircuitos por dendritas, uno de los mayores riesgos en sistemas basados en sodio.

El estudio resuelve una limitación crítica: a diferencia del litio, que se integra perfectamente en la estructura del grafito, el sodio no se intercala adecuadamente en ese material. Por ello, la industria ha utilizado carbono duro, un material barato y adaptable, pero cuya estructura ha sido siempre difícil de definir. “Si le preguntas a diez personas diferentes cuál es la estructura del carbono duro, obtendrás diez respuestas distintas”, explicó Yue Qi, profesora de Brown y coautora del estudio.

Para superar esta ambigüedad, el equipo utilizó carbono con plantilla de zeolita, un material con poros uniformes que permite estudiar qué geometrías funcionan y cuáles no. Combinando experimentos y simulaciones de teoría funcional de la densidad (DFT), pudieron mapear la ubicación exacta del sodio dentro de los nanoporos, identificando el diseño ideal para maximizar el rendimiento del ánodo.

Los resultados se publicaron el 3 de noviembre en EES Batteries, marcando el primer trabajo que proporciona especificaciones diseñables —medidas en nanómetros y basadas en mecanismos físicos replicables— para optimizar baterías de sodio de forma sistemática. La comunidad científica lo considera un hito porque convierte un problema empírico en una cuestión ingenieril, algo esencial para industrializar la tecnología a gran escala.

Una tecnología madura a punto de despegar

El avance llega en un momento decisivo: el mercado del sodio está pasando del laboratorio a las líneas de producción. Los analistas prevén que esta tecnología jugará un papel crucial en aplicaciones donde el costo y la sostenibilidad importan más que la densidad energética, como la energía renovable intermitente, redes eléctricas rurales y vehículos económicos.

La empresa líder mundial en baterías, CATL, planea iniciar en diciembre de 2025 la producción masiva de su batería Naxtra, con una densidad energética de 175 Wh/kg, comparable a las LFP convencionales. Un mes antes, LG Chem y Sinopec anunciaron una colaboración estratégica para desarrollar materiales de sodio destinados tanto al almacenamiento estacionario como a vehículos eléctricos ligeros.

Los números muestran la aceleración: el mercado global de baterías de sodio podría pasar de 0,67 mil millones de dólares en 2025 a más de 2.000 millones en 2030, impulsado por la abundancia natural del sodio —1.000 veces más común que el litio— y por su menor impacto ambiental. En 2030, China controlará más del 90% de la producción mundial, con una capacidad nacional estimada de 292 GWh en 2034.

Los expertos subrayan que el trabajo de Brown aporta justo lo que la industria necesitaba para consolidar este crecimiento: criterios estructurales claros para fabricar carbono duro a medida. Si se pueden producir poros uniformes de 1 nanómetro con técnicas industriales fiables, la eficiencia, seguridad y vida útil de las baterías de sodio podrían mejorar drásticamente.

“Ahora comprendemos exactamente qué características de los poros son importantes”, afirmó Qi, también subdirectora de la Iniciativa para Energía Sostenible de Brown. “Eso nos permite diseñar materiales de ánodo en consecuencia”.

El hallazgo también abre nuevas líneas de investigación sobre cómo podrían modificarse químicamente las paredes de los poros para favorecer la adhesión iónica o controlar el crecimiento de los clústeres metálicos. Esto acercaría aún más al sodio a competir con el litio en segmentos donde antes no era viable.

Un salto conceptual hacia la era post-litio

El descubrimiento de Brown marca un cambio de paradigma: por primera vez, los ánodos de sodio pueden diseñarse con criterios científicos precisos, no con aproximaciones generalistas. Esto convierte al sodio en un competidor real en la transición energética, especialmente para países que buscan independencia de la cadena de suministro del litio.

En un contexto global donde las energías renovables necesitan almacenamiento masivo, barato y sostenible, el sodio ofrece una alternativa estratégica. Aún no desplazará al litio en vehículos de alta gama, pero sí puede revolucionar redes eléctricas, comunidades rurales, micromovilidad y soluciones domésticas de almacenamiento.

Si la industria logra producir carbono duro con porosidad optimizada y escala industrial, este avance se recordará como el momento en que el sodio dejó de ser “la tecnología del futuro” para convertirse en una de las columnas energéticas del presente.