Durante gran parte de la última década, las perovskitas han sido promocionadas como el futuro de los paneles solares, pero su comercialización ha sido lenta y solo unos pocos fabricantes están dispuestos a probar líneas piloto. En el almacenamiento de energía, una tecnología diferente avanza en la dirección contraria: apenas se propusieron los diseños de ion de sodio como alternativas a las baterías de litio, los fabricantes comenzaron a instalar producción y a asegurar pedidos.

"Ha sido divertido", dijo Randy Selesky, director comercial principal de ESS Inc. "Llevo mucho tiempo en este mercado y nunca había visto que adoptara algo tan rápido".

Para un mercado que alguna vez estuvo representado sobre todo por las baterías de plomo-ácido para viviendas fuera de la red, la industria global de almacenamiento de energía actual está dominada por el litio, con exclusión del bombeo hidráulico, y se expande rápidamente a medida que las eléctricas instalan baterías para trasladar la generación solar y eólica diurna a las horas pico vespertinas. Dentro de la participación del litio, el fosfato de hierro y litio (LFP) se ha convertido en la química más instalada en aplicaciones a escala de red y residenciales, y representó el 80% del nuevo almacenamiento en baterías a nivel mundial en 2023, una química desarrollada inicialmente en la Universidad de Texas en Austin en los años noventa, antes de que su fabricación se escalara en China. Si bien las baterías de litio han impulsado la expansión de la industria, algunas de sus características siguen siendo limitantes.

Aunque las baterías LFP son mucho más seguras y menos propensas al escape térmico que las químicas de litio anteriores, algunas aplicaciones aún no pueden tolerar su riesgo de incendio. Las baterías de litio también rinden mejor dentro de un rango de temperatura estrecho, y la energía auxiliar necesaria para operar enfriadores y ventiladores puede volver antieconómicos algunos proyectos en ciertas regiones. Además, China domina la cadena de suministro del litio, lo que dificulta establecer una cadena de suministro de almacenamiento de energía completamente doméstica.

El ion de sodio no es un invento nuevo. Esta química se exploró en laboratorios de investigación ya en la década de 1980, antes de que el éxito comercial del ion de litio la dejara al margen, y permaneció prácticamente inactiva hasta que CATL, el mayor fabricante de baterías del mundo, presentó su celda de ion de sodio de primera generación en 2021. Desde entonces, las baterías de ion de sodio han alcanzado la producción en serie en pequeños autos eléctricos urbanos vendidos en China, incluidos modelos del fabricante de automóviles JAC.

El ion de sodio ofrece una alternativa. Fabricadas con sodio —un elemento no tóxico que se encuentra entre los más abundantes de la corteza terrestre y un componente esencial de la sal de mesa común—, las baterías de sodio pueden fabricarse de manera similar a las baterías de litio, utilizando celdas, módulos y sistemas finales del mismo tamaño. Además, operan en un amplio rango de temperaturas, de -40°F a 140°F sin degradación del rendimiento, lo que elimina la necesidad de sistemas de climatización. Y como no dependen de minerales críticos, la fabricación de baterías de sodio podría ubicarse teóricamente en Estados Unidos, Europa, Australia o cualquier otro lugar.

A comienzos de este año, Morgan Stanley Research estimó que las baterías de ion de sodio tendrían una participación de mercado del 2% por despliegue en 2027, para luego subir al 20% en 2030 y al 37% en 2035. Dos químicas —el óxido de cromo y sodio (NCO) y el pirofosfato de hierro y sodio (NFPP)— parecen liderar el mercado hacia la próxima década. La NCO ofrece mayor densidad energética, mientras que la NFPP es más barata de fabricar, pero ambas pueden servir como alternativa al litio, afirmó Darren Tan, cofundador y CEO del desarrollador de celdas de sodio Unigrid. Las celdas de ion de sodio generalmente almacenan menos energía por peso que las químicas de litio, una limitación que importa más en los vehículos eléctricos y menos en el almacenamiento estacionario, donde el volumen y el peso penalizan menos; una razón por la cual los sistemas a escala de red son el primer gran objetivo de esta tecnología.

"Las nuevas tecnologías siempre sirven para abrir nuevos mercados o nuevas aplicaciones", dijo Tan. "Cuando nos encontramos con clientes que ya usan LFP en sus aplicaciones, les decimos que lo están haciendo muy bien y que deberían seguir así, salvo que enfrenten ciertos desafíos, como no obtener suficiente potencia o suficiente seguridad, que no dure lo suficiente, o que necesiten operar en frío o calor extremo. Ahí es cuando intervenimos para resolver esos problemas".

El mercado del ion de sodio toma forma

El potencial de la tecnología de ion de sodio ha atraído a empresas de todos los rincones del mercado de almacenamiento de energía. ESS, pionera en baterías de flujo, se ha interesado y lanzará su primer diseño de sodio a escala de red el próximo año. Selesky afirmó que el paso al sodio no supone abandonar las baterías de flujo de larga duración, sino sumar otra alternativa al litio a la oferta de la empresa.

"El litio todavía representa el 95% del mercado, en ese rango de dos a ocho horas. Este es el primer producto que vemos que puede competir de igual a igual con los casos de uso tradicionales del ion de litio", señaló. "Lo vimos como una oportunidad para ir tras el 95% del mercado, aprovechando nuestros 14 años de [experiencia] en instalación, integración y soporte continuo de mantenimiento".

Selesky dijo que ESS reorientará su I+D hacia una batería de flujo con descarga de 16 a 48 horas, porque todavía hay muchas oportunidades donde el almacenamiento de energía de larga duración es necesario.

"Vemos esto como una oportunidad perfecta para reiniciar el hierro-flujo", dijo. "Cuando estás en la larga duración, estás creando un mercado y ese mercado todavía se está creando. [Trabajar con sodio] nos da la oportunidad de subirnos al volante de inercia y realmente comenzar a lanzar productos".

ESS utilizará celdas NFPP de la startup Alsym en su sistema de almacenamiento de energía de CA de 1,2 MWh. Alsym, un desarrollador de celdas de ion de sodio con sede en Boston, fabrica una pequeña cantidad de producto en la Costa Este, y ESS ensamblará las celdas en el sistema de almacenamiento de energía "Bridge" en su planta de fabricación en Oregón.

"[La NFPP] sigue las mismas características que ESS ha mantenido desde su nacimiento: sin riesgo de incendios y segura", dijo Selesky. "Nuestro primer lanzamiento es en 2027, y luego haremos un segundo lanzamiento, que aumenta la densidad, a fines de 2028. Así de rápido se mueve esta tecnología. Ya puedo ver lo que hay en I+D y que saldrá dentro de tres años".

El ritmo de desarrollo es tan rápido que Peak Energy, una empresa fundada en 2023, ya está instalando una fabricación de múltiples gigavatios-hora. La empresa está en camino de comenzar a entregar su sistema de almacenamiento GS1, fabricado en Sacramento, para mediados de 2027.

Brandon Kelly, científico jefe de Peak Energy, dijo que el rápido ascenso de la empresa formaba parte del plan original.

"El enfoque de Peak es llegar rápido al producto, no desarrollar en un laboratorio durante 10 años y luego lanzar un producto e intentar encontrar un mercado", señaló. "Existe una fuerte demanda del mercado y hay una tecnología cuya química base permite un producto mucho mejor para satisfacer esa demanda: desde el producto en sí hasta la cadena de suministro y la seguridad energética aquí en Estados Unidos".

El GS1 es un sistema NFPP de 3,1 MWh, una química que Kelly describió como "un ajuste perfecto para el almacenamiento a escala de red". El principal argumento de venta de Peak Energy es la refrigeración pasiva de las baterías de sodio, que elimina los enfriadores y ventiladores del diseño.

"[Con los enfriadores,] hay piezas móviles, hay refrigerante, líquido de enfriamiento, filtros, ventiladores y muchísimo ruido. Es genial que podamos hacerlo y me alegra que esté habilitando muchas cosas. Pero son soluciones de ingeniería que debemos aplicar para que el litio cumpla con la aplicación", señaló. "Como esta versión del ion de sodio tolera mejor la temperatura, podemos dejar que se caliente más y aun así alcanzar la vida útil. Incluso en nuestro sistema pasivo, seguimos con un 85% de estado de salud después de 20 años. El ion de litio, incluso con refrigeración líquida, ronda el 65%. Y con el sodio no hay piezas móviles, por lo que el mantenimiento se reduce drásticamente. Es una hermosa simplicidad, que se habilita desde el nivel más básico de la química".

Espacio para competir en el mercado residencial

Si bien gran parte de la atención del mercado de almacenamiento de energía está en los sistemas a escala de red, el mercado residencial también puede beneficiarse de los diseños de sodio.

Unigrid, una empresa de I+D en celdas de ion de sodio surgida en la Universidad de California en San Diego, lleva desarrollando la tecnología desde comienzos de la década. La empresa anunció recientemente una asociación con el fabricante Syntropic Power para producir baterías NCO en Estados Unidos.

"Cumple con todos los requisitos. Tiene una excelente vida de ciclos, excelente seguridad, excelente potencia y excelente costo", dijo Tan sobre la química NCO. "El único inconveniente es que no está disponible en China, así que no se puede comprar simplemente en el mercado. Trabajamos con fundiciones para desarrollar este nuevo proceso de producción. Que no esté disponible también significa que seremos los únicos en suministrarla, así que esa es una de nuestras ventajas clave".

La fabricación de ion de sodio es tan similar a la producción de baterías de litio que muchos de los grandes actores del litio —BYD, CATL y Hithium— están adaptando rápidamente sus líneas de fabricación de litio existentes para producir diseños de sodio. Pero eso también significa que se concentran más en escalar baterías de sodio a escala de red, que tienden a favorecer las químicas NFPP. Con Unigrid enfocada en la química NCO, Tan dijo que la empresa apunta al menos concurrido mercado de almacenamiento residencial.

"En China no existe algo como un mercado residencial, por lo que los grandes actores chinos no dominan este espacio. También es la razón por la que las baterías residenciales han sido históricamente inasequibles", señaló. "Tienes baterías a escala de servicios públicos peleando por centavos de cada dólar, y luego tienes [baterías residenciales] que siguen costando 10.000 dólares o más. Nos dimos cuenta de que esta es una oportunidad para intervenir y cambiar el statu quo. El ion de sodio es un reinicio".

Unigrid desarrolló un prototipo de batería residencial, el Na+Casa de 9,25 kWh, que puede operar en temperaturas extremas sin dispositivos de enfriamiento externos y tiene una vida útil de más de 10.000 ciclos al 100% de profundidad de descarga. La capacidad de 9,25 kWh fue determinada por los códigos de incendios vigentes de la National Fire Protection Association, que aún no se han puesto al día con el desarrollo del ion de sodio. Las baterías de sodio todavía se consideran parte de la categoría de "todos los demás", en lugar de plomo, litio o flujo, y están limitadas a 10 kWh.

La capacidad de 9,25 kWh de una sola unidad puede ser inferior a la de los modelos de litio de 15 kWh disponibles hoy en el mercado residencial, pero Tan afirmó que las baterías de sodio tienen otras ventajas y que deberían seguir considerándose.

"A diferencia del ion de litio, donde gran parte del costo corresponde al litio y sus materiales críticos, en el ion de sodio la situación está prácticamente invertida", dijo Tan. "Las materias primas del ion de sodio son extremadamente baratas y la mayor parte [del costo] está en la fabricación. Eso significa que el potencial de que los costos del ion de sodio bajen es mucho mayor. Hoy todavía es más caro que el ion de litio, pero espero que en los próximos cinco a 10 años baje muy abruptamente".

Es posible que las empresas de baterías de sodio ya estén cumpliendo lo prometido, pero pronto podrían quedarse con todo el mercado de almacenamiento de energía.