La batería de iones de litio es el corazón palpitante del mundo moderno. Alimenta ocho mil millones de teléfonos móviles, cientos de millones de portátiles y flotas de coches eléctricos y bancos de almacenamiento de energía en rápido crecimiento. Pero hay un nuevo competidor irrumpiendo en el mercado de las baterías.
Las baterías basadas en sodio prometen ser más baratas, seguras y mucho más ecológicas que las celdas de iones de litio. Y este año podría marcar el inicio de la era del sodio.
En abril, la empresa china CATL —el mayor productor de baterías del mundo— anunció que comenzará a producir baterías de sodio-ión en masa antes de finales de 2026. CATL, que tiene su sede en Ningde, añadió que había firmado acuerdos para vender las baterías tanto a un fabricante de automóviles como a un proveedor de estaciones de almacenamiento de energía para redes eléctricas.
Las baterías de iones de sodio se desarrollaron por primera vez en la década de 1980, aproximadamente al mismo tiempo que las de iones de litio. Pero los primeros prototipos tenían algunas desventajas importantes: no podían almacenar tanta energía como las baterías de iones de litio y no eran tan duraderas, perdiendo rápidamente su capacidad de recarga. Durante décadas, por lo tanto, la investigación se centró en la tecnología de iones de litio. Pero el interés y la inversión en baterías de iones de sodio han aumentado en los últimos cinco años. Las empresas en China ya han introducido motocicletas y pequeños automóviles impulsados por baterías de sodio, y han desarrollado instalaciones de fabricación de baterías de sodio. La producción en masa de CATL promete aumentar sustancialmente la difusión de la tecnología. Otra empresa china, BYD, con sede en Shenzhen, que es el mayor fabricante de coches eléctricos por ventas globales, también está invirtiendo fuertemente en baterías de iones de sodio, informan los analistas.
Lo que ha sorprendido a muchos observadores es la rapidez con la que las empresas afirman haber mejorado los defectos de las baterías de sodio. Auke Hoekstra, un analista de energía en la Universidad Técnica de Eindhoven en los Países Bajos, dice que se ha sorprendido por el ritmo de los avances. «Honestamente, no esperaba que fuera tan rápido — y yo suelo ser el tipo que se ve como un optimista,» dice.
Hoekstra es conocido por sus predicciones optimistas sobre la energía renovable, que a menudo han sido correctas. Ahora es optimista sobre el ion de sodio. Aunque otros analistas e investigadores no están seguros de cuán fuertemente puede competir la tecnología con los dispositivos de iones de litio, él la ve como una innovación que permitirá que el precio de las baterías siga cayendo, acelerando así la electrificación de la economía mundial. «Para el futuro de la energía, esto realmente sería un cambio de juego», dice.
Precios de las baterías: caída y descenso
La expectativa de que la tecnología de iones de sodio reducirá los precios de las baterías se basa principalmente en el hecho de que sus materias primas son más baratas y más abundantes que las de las baterías de iones de litio.
Los precios de las celdas de batería ya han caído más del 90% desde 2010 (ver ‘Caída de los precios de las baterías de iones de litio’). La mayor parte de esta reducción es el resultado de mejoras en la eficiencia de los procesos industriales, así como del aumento en los volúmenes de producción de baterías. Esto significa que las materias primas en las celdas constituyen una mayor proporción del costo total que antes.
Para las baterías de iones de litio, esos materiales incluyen no solo litio —típicamente almacenado como iones en un electrodo de grafito y cobre (el ánodo)— sino también los componentes del otro electrodo, el cátodo, que atraen iones de litio cuando una batería se descarga.
Para aumentar las capacidades energéticas, los científicos de materiales e ingenieros han desarrollado celdas que utilizan los elementos de metales pesados níquel, manganeso y cobalto (NMC) para formar cristales microscópicos de ‘óxido en capas’ que retienen el litio en el cátodo. Debido a que los iones de litio pueden empaquetarse de manera tan compacta y fuerte en estos cristales, las celdas NMC comerciales han alcanzado capacidades récord de más de 300 vatios-hora de energía por kilogramo (Wh kg−1), lo que permite que algunos coches eléctricos de alta gama recorran más de 800 kilómetros antes de necesitar recargarse.
Sin embargo, algunos de estos elementos del cátodo son caros y escasos, lo que significa que la tendencia de caída de los precios de NMC está mostrando signos de estabilización. Pero en los últimos cinco años, muchos productores de automóviles, especialmente los de China, han adoptado cátodos de óxido en capas alternativos que combinan litio con hierro y fosfato baratos (conocidos en conjunto como LFP).
Aunque las celdas LFP solo pueden almacenar alrededor de dos tercios de la energía que las avanzadas NMC pueden, aún pueden proporcionar a los vehículos eléctricos una autonomía respetable, especialmente para coches, furgonetas y motocicletas que se utilizan principalmente en las ciudades. Y han tomado el control del mercado global de baterías estacionarias a gran escala que se utilizan para almacenar el exceso de energía renovable para las redes eléctricas. (vea ‘Cambio en el equilibrio energético’). Aquí, la menor energía por unidad de peso no importa tanto.
El LFP ha ayudado a que el precio de las baterías de iones de litio continúe su caída precipitada, lo que significa que la mayor parte del costo de las materias primas en las baterías más baratas ahora proviene del litio, dice Hoekstra.
Entra el sodio
Durante la pandemia, cuando la creciente demanda de coches eléctricos chocó con cadenas de suministro interrumpidas, los mercados de litio comenzaron a experimentar una serie de auge y caída. De repente, el mundo se dio cuenta de lo poca flexibilidad que había en el suministro de este recurso precioso, la mayor parte del cual se extrae en Australia y en un puñado de otros países. Aunque no faltan reservas de litio para electrificar la economía mundial, la volatilidad de los precios del litio —y la incertidumbre sobre la rapidez con la que la minería puede expandirse para satisfacer la creciente demanda— es la principal razón por la que las empresas chinas invierten en tecnología de sodio, dicen los analistas. «Quieren asegurarse de tener una cadena de suministro estable,» dice Yun Zhao, investigador del Imperial College London.
El sodio para baterías se puede extraer fácilmente del carbonato de sodio (o ceniza de sosa), un producto químico industrial que es abundante y más fácil de extraer que la mayoría de las formas de litio. “El sodio es un recurso casi inagotable,” dice Zhang Yizhi, portavoz de CATL. Es más de 1,000 veces más abundante que el litio en la corteza terrestre, y hasta 60,000 veces más abundante en el océano. El mes pasado, el carbonato de sodio de grado industrial costaba solo entre 200 y 280 dólares por tonelada, en comparación con los 20,000 a 25,000 dólares por tonelada del carbonato de litio de grado para baterías, añade Zhang.
Las baterías de iones de sodio también utilizan diferentes materias primas en sus cátodos de óxido en capas (ver ‘Cómo funcionan las baterías de iones de sodio’). Al igual que sus primos de LFP, las baterías de iones de sodio no suelen contener las grandes cantidades de metales pesados tóxicos que tienen las celdas de NMC. Para sus primeras baterías producidas en masa, CATL ha adoptado un óxido en capas llamado blanco de Prusia, que está hecho de sodio, nitrógeno, hierro y carbono y es similar al pigmento azul de Prusia.
Para los ánodos, las baterías de iones de sodio funcionan eficazmente con aluminio barato en lugar de cobre. Y los materiales basados en carbono, que son fáciles de fabricar, son mejores para almacenar iones de sodio que el grafito. China domina el suministro global de grafito y ha sido criticada por la contaminación y el daño ambiental asociados con la minería de grafito.
Las baterías a base de sodio también son menos inflamables que las de litio (especialmente las del tipo NMC), dice CATL, lo que debería hacerlas más seguras. Y siguen siendo funcionales a temperaturas mucho más bajas, hasta −40 °C.
Competencia de precios
Pero los coches con celdas de sodio-ion aún no pueden igualar la capacidad energética y la autonomía de los que tienen baterías de litio-ion NMC. CATL afirma que su producto de sodio-ión para el mercado masivo tiene una densidad de energía de 175 Wh kg−1, y que las innovaciones que tiene en desarrollo llevarán este valor hasta 200 Wh kg−1. Este valor pondría a las celdas de sodio-ion a la par con las baterías LFP, pero aún es solo dos tercios de la densidad energética de las celdas avanzadas de litio-ion.
Entonces, la competencia es actualmente con LFP. Zhang dice que CATL espera que los costos de las baterías de sodio-ion alcancen la paridad con los de LFP para finales de 2026. Pero algunos analistas piensan que esto tomará años en suceder. La mayoría de las firmas de consultoría dicen que las baterías de sodio-ion son más caras, por ahora, que las de litio-ion más baratas, y nadie está de acuerdo en cuán rápido aumentará la producción de sodio-ion o cuán rápidamente caerán los costos. La firma de investigación Wood Mackenzie, en Edimburgo, Reino Unido, piensa que la paridad de precios con LFP no se logrará hasta 2035.
«Debido a que es una nueva tecnología y no está ampliamente desplegada, las estimaciones tienen un margen de error muy amplio,» dice Evelina Stoikou, quien lidera un equipo de analistas de tecnología de baterías en la firma de investigación energética BloombergNEF en la ciudad de Nueva York.
Es difícil comparar los costos de las baterías de litio y las de sodio porque la industria de los iones de sodio recién está comenzando a escalar. Tales comparaciones también requieren que los analistas hagan suposiciones sobre el precio del litio y los costos de fabricación del LFP, que seguirán disminuyendo. Pero la conclusión es que debido a las materias primas más baratas, «las celdas de iones de sodio serán más baratas en grandes volúmenes en comparación con las de LFP», predice Mukesh Chatter, director ejecutivo de Alsym, una startup de baterías de sodio en Malden, Massachusetts.
Coches o bancos de almacenamiento de energía
Por ahora, es difícil saber si los coches impulsados por iones de sodio tendrán éxito en los mercados occidentales. La mayoría de los coches eléctricos en los Estados Unidos y la Unión Europea en la actualidad utilizan variantes de celdas de iones de litio de alta gama y alta capacidad; el tipo LFP, más barato y de menor capacidad, ha ido ganando terreno principalmente en China y en economías emergentes. Los coches impulsados por iones de sodio podrían, al menos para empezar, seguir el mismo patrón.
Otro posible problema es que, aunque las baterías de iones de sodio pueden reciclarse de manera similar a las de iones de litio, son tan baratas que reciclarlas sería una empresa no rentable sin subsidio gubernamental, ha calculado el equipo de Zhao.
La tecnología de iones de sodio debería tener un mayor impacto en la reducción del precio de las baterías estacionarias a gran escala, dicen especialistas como Hoekstra. Aquí, como ha ilustrado el éxito de LFP, no es tan importante meter mucha energía en un espacio pequeño. Hoekstra considera que las baterías de iones de sodio son ideales para almacenar energía en una red que se alimenta principalmente de energía solar y eólica.
La tecnología podría hacer que los bancos de almacenamiento de energía sean más baratos, no solo porque el precio de las celdas individuales podría disminuir sustancialmente si la producción alcanza grandes escalas, sino también porque si las baterías de iones de sodio tienen un menor riesgo de incendio, entonces no necesitan ser tan complejas como sus contrapartes de iones de litio, dice Stoikou. Se requerirían menos componentes para regular la temperatura de un paquete de baterías, por ejemplo.
Casi toda la capacidad de fabricación de iones de sodio está en China y parece que seguirá así hasta 2030, señaló la Agencia Internacional de Energía en su informe Global EV Outlook 2026. CATL por sí sola ha invertido casi diez mil millones de yuanes (1.4 mil millones de dólares) en investigación y desarrollo de iones de sodio desde 2016, dice Zhang.
En los Estados Unidos, sin embargo, una prioridad gubernamental para reducir la dependencia del país de China ha impulsado un esfuerzo por explorar las baterías de sodio, incluso a nivel de investigación básica. Un proyecto de cinco años y 50 millones de dólares financiado por el Departamento de Energía de los Estados Unidos (DoE) comenzó en 2024. La iniciativa, llamada Almacenamiento de Na-iones de bajo costo y abundante en la Tierra (LENS), está coordinando la investigación en varias universidades de EE. UU. y laboratorios nacionales del DoE.
Alcanzando al litio
Investigadores de todo el mundo siguen esforzándose por mejorar la densidad de energía de las baterías de iones de sodio, con la esperanza de reducir aún más la brecha entre ellas y las de iones de litio.
Las celdas de iones de sodio almacenan menos energía que las de iones de litio en parte porque típicamente operan a voltajes más bajos y porque los iones de sodio son más voluminosos que los iones de litio. Pero los voltajes que se pueden alcanzar en la práctica dependen de la elección de los materiales, particularmente de los que se utilizan en el cátodo. Para los dispositivos de iones de sodio, hay un mundo de posibilidades, y algunos de ellos podrían, en principio, ser competitivos con los de iones de litio, dice Venkat Srinivasan, un electroquímico que dirige el consorcio LENS.
Una clase de materiales — que comprende óxidos de níquel y óxidos de manganeso — le parece especialmente prometedora. Similar a NMC, estos materiales tienen estructuras en capas y ocupan menos volumen que materiales como el blanco de Prusia. Y aunque todavía utilizan níquel y manganeso, necesitan menos que las baterías de iones de litio típicas. «Demostramos que puedes reducir el níquel del 33% al 25%», dice Srinivasan.
Shirley Meng, una ingeniera molecular que se especializa en la investigación de baterías, dice que cambios importantes adicionales en el diseño también podrían mejorar las capacidades de almacenamiento de energía de las celdas de iones de sodio. (Meng habló con Nature mientras estaba en la Universidad de Chicago en Illinois; ahora está en la Universidad Tecnológica de Nanyang en Singapur.)
Una idea es eliminar por completo los materiales del ánodo y permitir que el sodio se acumule en su forma metálica masiva, en lugar de como iones retenidos dentro de un ánodo de carbono esponjoso, cuando la batería se carga. Este enfoque ‘sin ánodo’ (que es común en las baterías desechables) ha sido visto durante mucho tiempo como una forma de aumentar la capacidad de las celdas de iones de litio, pero ha sido obstaculizado por la formación de dendritas de litio (filamentos en forma de árbol) durante los ciclos repetidos de carga y descarga, lo que tiende a causar cortocircuitos. Pero Meng dice que su investigación sugiere que para el tipo de cristales formados por sodio, «hay una alta probabilidad de tener una buena reversibilidad». Sin embargo, Srinivasan se preocupa por el riesgo de incendio que podría representar el sodio metálico a granel.
Aún así, Meng dice que es poco probable que el sodio sea lo suficientemente competitivo como para reemplazar al litio en la mayoría de las aplicaciones, y que probablemente se utilizará para complementar al litio como una «estrategia de mitigación» contra los riesgos de la cadena de suministro.
Pero precisamente porque la tecnología de iones de sodio es menos madura, Srinivasan y otros piensan que hay mucho margen de mejora. Si es así, eso podría convertir al sodio en un actor principal en el futuro energético del mundo.
Davide Castelvecchi