Un recubrimiento de escandio eleva la estabilidad de los cátodos para baterías de ion sodio

13 de agosto de 2026. Investigadores de Tokyo University of Science y del Institute of Science Tokyo han estudiado dos formas de incorporar escandio a los cátodos de las baterías de ion sodio. El trabajo compara el dopaje de la estructura cristalina con la aplicación de un recubrimiento superficial y analiza cómo cada estrategia ayuda a reducir la pérdida de capacidad durante los ciclos de carga y descarga.

El material examinado es O3-Na[Ni1/2Mn1/2]O2, un cátodo que resulta atractivo para las baterías de ion sodio por su capacidad relativamente elevada. Sin embargo, este compuesto sufre una pérdida importante de capacidad durante el funcionamiento repetido. Para intentar limitarla, el equipo introdujo iones de escandio Sc3+ mediante dos métodos diferentes.

En el primer enfoque, los investigadores sustituyeron parte del níquel y el manganeso de la estructura cristalina por Sc3+. Con este método sintetizaron muestras de O3-Na[Ni1/2Mn1/2]O2 con contenidos de escandio del 0 %, 6 %, 8 % y 11 %. Esta incorporación en el volumen del material recibe el nombre de dopaje interno y modifica directamente la estructura del cátodo.

El segundo procedimiento consistió en aplicar un precursor que contiene escandio sobre las partículas de NNMO y someterlas después a un tratamiento térmico. El resultado fue una capa rica en escandio concentrada principalmente en la superficie de las partículas, identificada por los investigadores como NNMO-SC800. En este caso, el escandio no se distribuye principalmente por toda la estructura, sino que actúa desde la zona de contacto del cátodo.

Las primeras pruebas se realizaron con celdas de ion sodio de tipo moneda y electrolito aprótico. Tras 100 ciclos, la muestra sin dopar conservaba el 18,6 % de su capacidad inicial. La muestra con un 8 % de escandio incorporado mediante dopaje alcanzaba una retención del 67,8 %, mientras que el material con recubrimiento superficial NNMO-SC800 llegaba al 75,4 %.

El equipo también construyó celdas completas de ion sodio utilizando como cátodo NNMSO con un 8 % de escandio o NNMO-SC800, y carbono duro como ánodo. Después de 300 ciclos, la celda basada en NNMSO8 conservaba el 71,4 % de su capacidad inicial. La que empleaba el cátodo con recubrimiento superficial retenía el 91,2 %.

Los investigadores utilizaron difracción de rayos X operando y ex situ, espectroscopia de absorción de rayos X y cálculos de teoría del funcional de la densidad para estudiar el origen de la mejora. Los resultados apuntan a mecanismos de estabilización diferentes para cada tratamiento.

El dopaje interno estabilizó la estructura cristalina estratificada del cátodo y redujo los cambios de volumen que se producen durante los ciclos de carga y descarga. El recubrimiento superficial, por su parte, creó una capa protectora capaz de limitar la degradación en la interfaz y las reacciones secundarias. Por tanto, ambas soluciones mejoraron la durabilidad, aunque actuaron sobre zonas y problemas distintos del material.

El grupo de investigación señala que combinar el dopaje interno con el recubrimiento superficial podría ofrecer un efecto complementario para mejorar el rendimiento de las baterías de ion sodio. La propuesta está orientada a prolongar la vida útil de estas baterías y ampliar sus posibles aplicaciones prácticas, aunque el trabajo se centra en la evaluación de los materiales y no presenta un producto comercial listo para su compra.

El estudio, titulado “Scandium Doping and Coating for Improving O3-NaNi1/2Mn1/2O2 Electrode in Sodium Battery”, se publicó en la revista Small. Fuente: pv-magazine.com.