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| Una nueva pila de combustible de sodio-aire triplica la densidad energética de las baterías de litio y podría permitir la fabricación de aviones eléctricos. Es más segura, sin emisiones de carbono y está fabricada con materiales baratos y abundantes; una startup ya trabaja en su comercialización. Imagen: Shutterstock |
Investigadores del MIT han desarrollado una revolucionaria pila de combustible de sodio-aire que podría sustituir a las pesadas baterías de iones de litio en el transporte aéreo, ferroviario y marítimo.
03 junio 2025.- El Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) ha presentado una innovadora pila de combustible de sodio-aire que combina un elevado rendimiento energético y bajos costos operativos, sentando las bases para transformar aplicaciones en sectores difíciles de descarbonizar, como la aviación, el transporte marítimo y ferroviario.
Utilizando sodio líquido y aire ambiente, este sistema ofrece el triple de densidad energética que las baterías actuales de vehículos eléctricos, lo que podría permitir la fabricación de aeronaves eléctricas. La celda no emite dióxido de carbono e incluso captura CO₂ del aire, produciendo bicarbonato de sodio como subproducto.
Principio de funcionamiento y tecnología empleada
La nueva celda utiliza sodio metálico líquido como combustible, que opera a temperaturas moderadas (entre 100 °C y 150 °C), y un electrolito sólido de sodio-ion conductor basado en Na‑β" alumina. La celda, que se alimenta de aire humidificado, aprovecha la presencia de vapor de agua para convertir el subproducto de descarga en una solución líquida de hidróxido de sodio (NaOH). Este diseño innovador permite que el producto de la reacción se elimine de forma continua, evitando la acumulación de sustancias sólidas que normalmente provocan un descenso en el rendimiento.
Durante la operación, el sodio reacciona con el oxígeno del aire en presencia de agua, generando electricidad y, de forma adicional, el hidróxido de sodio resultante reacciona espontáneamente con el CO₂ ambiental. Esta reacción no solo contribuye a la eficiencia del sistema, sino que ofrece la posibilidad de capturar carbono o utilizar el subproducto como un valioso insumo industrial.
Hitos experimentales y rendimiento
Entre los hitos más relevantes, los investigadores han demostrado que el sistema puede alcanzar a nivel de pila:
Densidades energéticas de 1,200 Wh/kg (y 1,295 Wh/L) a 80 mA/cm², aumentando hasta 1,540 Wh/kg (1,760 Wh/L) en condiciones de operación más suaves (40 mA/cm²).
Una capacidad de operación continua que consume hasta 2.3 cm de espesor de sodio (equivalente a 2,500 mAh/cm² en términos areales).
Un pico de potencia en la vecindad de 0.40 W/cm², superando en uno o dos órdenes de magnitud las cifras alcanzadas por células de combustible de litio-aire previamente reportadas.
La investigación abarca el desarrollo de distintos diseños a escala de laboratorio, incluyendo configuraciones tipo H-cell, celdas prismáticas y diseño en bandeja. Estos prototipos han permitido optimizar la interfaz entre el sodio líquido y el electrolito sólido, asegurando una baja resistencia y una alta estabilidad durante los ciclos de descarga.
Aplicaciones y perspectivas de impacto
Gracias a la elevada densidad energética obtenida, la pila de combustible de sodio-aire se perfila como una opción especialmente atractiva para aplicaciones en las que el peso y el volumen de las baterías actuales (como las de iones de litio) resultan insuficientes. Los investigadores destacan que alcanzar o superar el umbral de 1,000 Wh/kg podría permitir la viabilidad de la aviación eléctrica regional, abarcando hasta el 80% de los vuelos nacionales, así como optimizar la electrificación de otros sistemas de transporte de larga duración.
Además, el uso de sodio, el sexto elemento más abundante en la Tierra, asegura una significativa ventaja en términos de sostenibilidad y economía. Los cálculos preliminares en el análisis tecnoeconómico indican que, al aprovechar los bajos costos de producción del sodio (obtenido a partir de NaCl mediante procesos electroquímicos ya establecidos), este sistema podría competir favorablemente contra alternativas como el hidrógeno verde o incluso contra combustibles fósiles tradicionales.
Impacto ambiental y sostenibilidad
Una característica destacada del sistema es la capacidad del subproducto de reacción para capturar CO₂. En un modelo de operación en sistema abierto, el hidróxido de sodio generado se transforma gradualmente en bicarbonato (NaHCO₃) al interactuar con el CO₂ ambiental, lo que podría contribuir a estrategias de captura de carbono y a la mitigación de la acidificación de cuerpos de agua, aportando un valor añadido al proceso.
El desarrollo de esta pila de combustible de sodio-aire representa un avance significativo en el ámbito de los dispositivos de generación de energía, combinando la promesa de altos rendimientos con un diseño que facilita la gestión de subproductos y reduce los costos operativos. La tecnología, documentada en el artículo de Sugano et al. (Joule, 2025), no solo abre la puerta a nuevas aplicaciones en sectores de transporte de alta demanda energética, sino que también posiciona al sodio como un potencial portador de energía sostenible para la próxima generación de soluciones de electrificación.
Con esta innovación, el MIT y sus colaboradores sientan las bases para un futuro en el que la transición hacia sistemas de energía más limpios y eficientes se vea fortalecida por el aprovechamiento de recursos abundantes y de bajo coste, abriendo un camino hacia una movilidad y una generación de energía verdaderamente transformadoras.
Más información: Reference: “Sodium-air fuel cell for high energy density and low-cost electric power” by Karen Sugano, Sunil Mair, Saahir Ganti-Agrawal, Alden S. Friesen, Kailash Raman, William H. Woodford, Shashank Sripad, Venkatasubramanian Viswanathan and Yet-Ming Chiang, 27 May 2025, Joule. DOI: 10.1016/j.joule.2025.101962
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