Los resultados de laboratorio muestran que estos materiales pueden almacenar hasta 230 mAh/g con sodio y mantienen su rendimiento incluso después de 2.000 ciclos de carga rápida.
- Baterías más sostenibles con sodio y potasio.
- Estructuras de carbono con formas cónicas y en disco, sin aditivos químicos.
- Almacenamiento estable: 230 mAh/g, con retención de 151 mAh/g tras 2.000 ciclos.
- Sin litio, más barato y menos problemático ambientalmente.
- Materia prima reciclada de la industria del petróleo y gas.
Una nueva forma de almacenar energía
La creciente demanda de vehículos eléctricos y de soluciones para almacenar energías renovables requiere tecnologías de baterías más accesibles, sostenibles y duraderas. En este contexto, investigadores de la Universidad Rice, junto con colaboradores de Baylor y del Indian Institute of Science Education and Research Thiruvananthapuram, han desarrollado una alternativa innovadora: estructuras de carbono con forma de cono y disco que mejoran la eficiencia de las baterías de iones de sodio y potasio.
Superando las limitaciones del grafito tradicional
El grafito es el estándar en baterías de iones de litio, pero fracasa cuando se trata de almacenar iones de sodio o potasio. Estos elementos, aunque abundantes y económicos, tienen átomos más grandes que no encajan bien en las capas compactas del grafito convencional.
La clave del avance no está en cambiar la química del material, sino su forma. Al diseñar microestructuras curvas —como conos y discos— a partir de subproductos del petróleo, el equipo logró que los iones de sodio y potasio se insertaran de forma reversible y estable en el material, sin necesidad de dopaje químico.
Resultados prometedores y durabilidad
En pruebas de laboratorio, estas estructuras almacenaron 230 mAh/g con iones de sodio, y aún retenían 151 mAh/g tras 2.000 ciclos de carga rápida. También mostraron compatibilidad con baterías de iones de potasio, aunque con menor rendimiento.
Técnicas avanzadas de imagen como la criomicroscopía electrónica y la resonancia magnética nuclear confirmaron que los iones se desplazaban dentro del material sin dañar su integridad. Este comportamiento demuestra que el carbono puro, en la forma correcta, puede funcionar eficazmente con sodio, rompiendo un paradigma técnico de larga data.
Producción escalable y bajo impacto ambiental
Un aspecto fundamental es que este carbono se produce mediante pirolisis escalable de hidrocarburos, usando residuos de la industria petrolera. Esto no solo reduce los costos, sino que también convierte un pasivo ambiental en un activo energético renovable.
Además, al depender del sodio y el potasio —abundantes en todo el mundo— en lugar del litio, la tecnología evita problemas geopolíticos y ambientales asociados a la minería del litio.
Un cambio de rumbo en el diseño de baterías
La mayoría de los enfoques previos se centraban en modificar la química del material (dopaje con heteroátomos). Este estudio demuestra que modificar la morfología puede ser igual o más efectivo, abriendo nuevas posibilidades en el diseño de ánodos para baterías.
Según los autores, esto representa más que una mejora incremental: es un nuevo camino para el almacenamiento de energía más limpio, barato y accesible.
Potencial de esta tecnología
- Reduce la dependencia del litio, cuya extracción tiene un alto impacto ambiental y social.
- Aprovecha residuos industriales, disminuyendo la huella de carbono de la producción de baterías.
- Promueve el uso de materiales abundantes y accesibles, facilitando la expansión global de energías renovables.
- Compatible con energías intermitentes como la solar y eólica, al ofrecer almacenamiento confiable.
- Estabilidad a largo plazo, lo que significa menos residuos electrónicos por reemplazo frecuente de baterías.
Esta innovación podría convertirse en una pieza clave para la transición energética, facilitando sistemas de almacenamiento más ecológicos y democráticos, y acelerando la adopción masiva de tecnologías sostenibles.
Más información: Atin Pramanik et al, Graphite Cone/Disc Anodes as Alternative to Hard Carbons for Na/K‐Ion Batteries, Advanced Functional Materials (2025). DOI: 10.1002/adfm.202505848
Vía rice.edu
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