- La Universidad de Surrey ha desarrollado una base de datos de baterías de iones de sodio que incluye 28 materiales.
- La abundancia de sodio convierte a las baterías de iones de sodio en un desarrollo tecnológico importante.
- El equipo de investigación utiliza aprendizaje automático para acelerar el desarrollo de materiales para baterías de iones de sodio.
- Los materiales que contienen titanio mantienen más del 90% de su capacidad después de 100 ciclos.
Investigadores de la Universidad de Surrey han creado una base de datos que incluye 28 materiales para ayudar a identificar mejores candidatos para la construcción de baterías de iones de sodio. Esta base de datos contribuye a la búsqueda de materiales alternativos para reemplazar las tradicionales baterías de iones de litio, debido a que los recursos de litio son relativamente escasos y están distribuidos de manera desigual. Daniel Comandur, instructor en la Facultad de Química e Ingeniería Química de la Universidad de Surrey y autor correspondiente de la investigación, afirmó: "Dependemos en gran medida de las baterías de iones de litio, pero los recursos de litio son relativamente escasos y están distribuidos de manera desigual en el mundo." Señaló que las baterías de iones de sodio están convirtiéndose gradualmente en una alternativa confiable; sin embargo, se requiere un análisis adicional para mejorar su rendimiento en ciclos de carga repetidos y su capacidad de almacenamiento.
Agregó: "La abundancia de sodio hace que las baterías de iones de sodio sean un desarrollo tecnológico importante."
El potencial de las baterías de iones de sodio
El equipo investigó cómo mejorar el rendimiento de los óxidos de sodio y manganeso como cátodos mediante la modificación de su composición química. Este componente clave de la batería determina cuánta energía puede almacenar la batería y la eficiencia con la que funciona. Durante la investigación, crearon una base de datos compuesta por 28 diferentes componentes metálicos y compararon su rendimiento en baterías de iones de sodio. Esta serie de materiales fue creada al sustituir el manganeso por diferentes cantidades de otros metales, incluyendo hierro, titanio y vanadio. Los hallazgos mostraron que el hierro puede mejorar la capacidad de almacenamiento, el vanadio puede mejorar la estabilidad del ciclo, y pequeñas cantidades de titanio pueden aumentar el rendimiento a altas tasas.
Algunos materiales que contienen titanio mantienen más del 90% de su capacidad después de 100 ciclos de carga y descarga.
Aprendizaje automático para acelerar la exploración de materiales
El equipo coincidió en que encontrar materiales que ofrezcan el mejor rendimiento es un gran desafío. Para explorar materiales alternativos adecuados, los investigadores desarrollaron un método automatizado para analizar los datos generados por los experimentos. Utilizaron el conjunto de datos generado en los experimentos para entrenar modelos de aprendizaje automático. Comandur comentó: "Este trabajo es el primer paso para construir un conjunto de datos más grande, lo cual es crucial para guiar la búsqueda de materiales mediante aprendizaje automático, ayudándonos a identificar más rápidamente materiales prometedores y acelerar el desarrollo de mejores baterías de iones de sodio."
Los investigadores señalaron que la ampliación del conjunto de datos permitirá que la inteligencia artificial prediga composiciones de baterías prometedoras antes de la producción y experimentación de materiales. Sin embargo, la base de datos actual sigue siendo demasiado pequeña para realizar predicciones confiables. Ampliar el enfoque a una gama más amplia de materiales de cátodo podría generar el gran conjunto de datos de alta calidad necesario para acelerar el descubrimiento de nuevos materiales para baterías. Con el tiempo, esto ayudará a los científicos a diseñar cátodos de iones de sodio que se adapten a necesidades específicas, como mayor capacidad de almacenamiento, carga más rápida o mayor vida útil. Eden Marks, coautor principal de la investigación y estudiante de doctorado en ingeniería espacial, afirmó: "Lo más notable es cómo los cambios relativamente pequeños en la composición afectan el equilibrio entre la capacidad de almacenamiento, el rendimiento a alta velocidad y la durabilidad de los materiales."
Visualizar estas relaciones nos proporciona una dirección más clara para la próxima fase de exploración."
Estos hallazgos de investigación han sido publicados en un nuevo estudio en el Journal of Materials Chemistry.
Ítem Especificaciones Cantidad de materiales en la base de datos 28 tipos Características de las baterías de iones de sodio Recursos de sodio relativamente abundantes, potencial de alta capacidad de almacenamiento Tasa de retención de capacidad de materiales que contienen titanio en experimentos Más del 90% (después de 100 ciclos)
Direcciones futuras para el desarrollo de baterías de iones de sodio
A medida que los recursos de litio se vuelven escasos, la investigación sobre baterías de iones de sodio se vuelve cada vez más importante. El equipo de investigación de la Universidad de Surrey explora el potencial de las baterías de iones de sodio mediante la creación de una base de datos que incluye 28 materiales y utiliza técnicas de aprendizaje automático para acelerar el proceso de descubrimiento de materiales. Esto no solo puede mejorar el rendimiento de las baterías de iones de sodio, sino que también ayuda a satisfacer la demanda del mercado por baterías de alto rendimiento. Con la expansión del conjunto de datos, se espera que en el futuro se diseñen materiales de cátodo de iones de sodio más específicos, impulsando el desarrollo de tecnologías de energía sostenible.