Baterías de iones de sodio

El desarrollo de baterías de nueva generación es determinante en el futuro del almacenamiento de energía, clave para la electrificación y para flexibilizar la producción de energía renovable y garantizar su integración en el sistema.

Desde su aparición en 1991, las baterías de litio han dominado el sector del almacenamiento de energía. Sin embargo, este liderazgo ha supuesto un importante aumento en la demanda de este mineral, un reclamo que no parece disminuir. De ahí que se haya puesto sobre la mesa la posible escasez de suministros del litio, con una consecuente subida de precios y retrasos por falta de abastecimiento.

En los últimos años, los fabricantes de baterías y la industria automotriz están explorando materias primas alternativas al litio para la fabricación de sistemas de almacenamiento de energía para estabilizar su oferta y demanda. Y una de las opciones más viables es la batería de iones de sodio: la relativa abundancia de este mineral y su bajo costo la convierten en una alternativa clave en el almacenamiento de energía renovable.

¿Qué son las baterías de iones de sodio y cómo funcionan?

Las baterías de sodio son untipo de baterías recargables que transportan la carga utilizando iones de sodio (Na+) en lugar de iones de litio (Li+). El sodio es un metal alcalino blando de color plateado, muy abundante en la naturaleza —se puede encontrar, por ejemplo, en la sal marina o en la corteza terrestre—. El funcionamiento de las baterías de iones de sodio es muy similar al de las baterías de iones de litio, ya que la química de ambos elementos, al ser alcalinos, es parecida.

Las baterías de sodio se estudiaron por primera vez en la década de 1980, pero no fue hasta el siglo XXI cuando se redescubrió el verdadero potencial del sodio para el almacenamiento de energía.

Según un estudio sobre el panorama de patentes de estas baterías publicado por la consultora Cypris en 2026, más del 50 % de la actividad investigadora patentada en el campo de baterías de iones de sodio se ha registrado en China (65 %), seguida por Estados Unidos (5 %) y Japón (4 %). Europa, empieza a avanzar también en este campo. Las empresas que actualmente están teniendo más relevancia en esta tecnología son las chinas CATL, BYD o HiNa.

El futuro es esperanzador en este sentido. La Agencia Internacional de la Energía prevé que para 2030, la capacidad de producción de baterías de iones de sodio sea de 590 GWh, casi seis veces su capacidad actual. Esta proyección se puede alcanzar si se aceleran las mejoras de la tecnología y se avanza en la fabricación utilizando equipos similares o iguales que para baterías de litio.

¿Cómo funcionan las baterías de iones de sodio?

Estas baterías se componen de los siguientes elementos: un electrodo negativo o ánodo de donde salen los electrones y un electrodo positivo o cátodo que los recibe. Cuando se descarga la batería, los iones de sodio se mueven desde el ánodo hasta el cátodo a través de un electrolito —sustancia compuesta por iones libres que funciona como un conductor eléctrico—, dando lugar a la diferencia de potencial que produce la corriente. Cuando se carga la batería, los iones de sodio vuelven al ánodo hasta el punto de alcanzar un voltaje de fin de carga predeterminado.

Una de las diferencias entre las baterías de litio y de sodio es la densidad energética de cada una. Esta se refiere a la cantidad de energía que pueden almacenar por kilogramo. Las baterías de litio son capaces de almacenar más energía que sus homólogas. El dopaje de escandio permite a las baterías de iones de sodio incrementar su densidad a más de 200 Wh/kg, lo que la hace ideal para aplicaciones en las que el volumen de la batería sea menos relevante, como los vehículos eléctricos de autonomía limitada y el almacenamiento de energía estacionaria para las redes eléctricas.

 VER INFOGRAFÍA: Baterías de iones [PDF]

Fabricación de las baterías de iones de sodio

Existe una paradoja respecto a los costos de fabricación de las baterías de iones de sodio. A pesar de que el sodio es un material más abundante y barato que el litio, la falta de una cadena de suministros desarrollada eleva el precio de la infraestructura, el sistema de refrigeración, los componentes eléctricos y el proceso de ensamblaje.
 
La mayoría de las tecnologías de iones de sodio actuales emplean los mismos procesos que las baterías de litio, lo que supone una ventaja muy significativa frente a otras tecnologías de almacenamiento en desarrollo. Así la tecnología de sodio se beneficia de todas las economías de escala y conocimiento provenientes del litio.

Ventajas y retos de las baterías de iones de sodio

El cambio de paradigma de las baterías de iones de litio a las de sodio, abre un abanico de oportunidades para la electrificación a gran escala, y conlleva una serie de ventajas:

• Abundancia y accesibilidad de la materia prima: Utilizan sodio, un elemento alcalino presente en grandes cantidades en la corteza terrestre y en la sal marina, lo que garantiza un suministro prácticamente inagotable.

• Menor dependencia de minerales críticos: Al sustituir al litio y al cobalto, se reducen los riesgos de escasez, las tensiones en las cadenas de suministro mundiales y la vulnerabilidad ante la volatilidad de precios de metales escasos.

• Reducción del coste económico a largo plazo: Aunque la infraestructura de producción aún se está adaptando, el bajo coste del material base permitirá abaratar notablemente el almacenamiento energético una vez que la cadena de suministro esté consolidada.

• Elevada seguridad y resistencia térmica: Muestran una gran estabilidad química y funcionan de manera eficiente en condiciones de temperatura extrema (tanto de frío como de calor), lo que disminuye el riesgo de sobrecalentamiento o incendio.

Sin embargo, para sacar el máximo provecho de este avance, hace falta superar una serie de retos: 

• Menor densidad energética respecto al litio: Al ser capaces de almacenar menos energía, requieren baterías de mayor tamaño para ofrecer la misma capacidad, lo que limita su uso en vehículos eléctricos de gran autonomía.

• Cadena de suministro en etapa incipiente: Los proveedores, la extracción industrial a escala y los componentes específicos para esta tecnología se encuentran todavía en fase de investigación y desarrollo.

• Necesidad de escalar la producción industrial: Para competir en precio y volumen, las fábricas deben adaptar o ampliar sus líneas de ensamblaje masivo, un proceso que requiere inversiones de capital significativas.

• Menor adopción comercial y madurez en el mercado: Frente a la tecnología de litio, ampliamente asentada tras décadas de uso masivo, el sodio cuenta aún con un despliegue comercial limitado y un menor número de productos disponibles en el mercado actual.

Almacenamiento con baterías de iones de sodio y electrificación

El potencial de las baterías de iones de sodio reside en su capacidad de almacenamiento asociado a parques renovables y en el apoyo a redes eléctricas preexistentes. De esta manera, pueden garantizar la estabilización de la oferta y la demanda de energía, e integrarse en un sistema electrificado para incrementar su eficiencia, lo que facilita la gestión del autoconsumo residencial e industrial. Esta alternativa encuentra su lugar en soluciones donde el peso y el volumen son menos determinantes que el coste, la seguridad y la disponibilidad del sistema.

El futuro de la tecnología de iones de sodio

La actividad investigadora sobre baterías de litio impulsada en los últimos años ha beneficiado al desarrollo de las baterías de iones de sodio. Al mantener diversas similitudes con las baterías de iones de litio, este tipo de almacenamiento energético ha vivido avances especialmente rápidos y promete ser una ventaja clave en su despliegue.

Además, la creciente demanda de almacenamiento de energía eléctrica a gran escala y los descubrimientos recientes —por ejemplo, el uso del carbono duro como material anódico— propician un desarrollo cada vez mayor de las baterías de iones de sodio.

Sus grandes retos abren tres grandes líneas de mejora tecnológica:

• Aumento de la densidad de energía para mejorar su almacenamiento energético.
• Impulso de celdas de alta ciclabilidad (recarga rápida, regulación de frecuencia, frenado regenerativo en vehículos eléctricos).
• Hibridación con baterías de litio. Algunos fabricantes están desarrollando packs híbridos para vehículos eléctricos que combinan celdas de litio (reserva de energía) con celdas de sodio (mejor rendimiento en carga rápida).

No se prevé que esta tecnología reemplace las baterías de iones de litio, sino que se completen en sistemas híbridos o que se aplique en sectores susceptibles a los precios de las baterías clásicas. Ya hay empresas de vehículos eléctricos que apuestan por las baterías híbridas. Estas podrían reducir las pérdidas de autonomía en las temperaturas frías de invierno, así como disminuir los costos de fabricación del vehículo —una vez que la cadena de suministros de las baterías de sodio esté implementada— sin sacrificar su desempeño.

El uso exclusivo de baterías de iones de sodio se orienta a productos en los que la densidad energética no suponga un problema. Por un lado, los vehículos ligeros, en los que reemplaza a las baterías de plomo-ácido. Por otro, en el almacenamiento de energía estacionaria, donde la seguridad y el costo son más importantes que la densidad energética. BloombergNEF proyecta que la necesidad de energía estacionaria será hasta veinte veces mayor en 2030. 

Gracias a las baterías de iones de sodio la movilidad eléctrica puede ser más barata, resiliente e independiente de la cadena de energías fósiles. Una vez superados los retos, el siguiente objetivo será comercializar esta tecnología a bajo coste y gran escala.