La búsqueda de alternativas a las baterías de litio ha impulsado un interés creciente por las baterías de sodio. En reportes del 13 de febrero de 2026 y del 16/02/2026 se difundieron hallazgos clave obtenidos mediante simulaciones de alta precisión en supercomputadoras que analizan el comportamiento de iones sodio dentro de ánodos de carbono duro. Estos estudios combinan teoría atómica y dinámica molecular para explicar cómo los iones forman agrupamientos y qué estructuras internas limitan la movilidad, un aspecto crítico para mejorar tanto la capacidad como la rapidez de carga y descarga.
La investigación demuestra que no toda la estructura porosa del carbono duro contribuye por igual al almacenamiento de sodio: existe un rango de diámetros de poro en el que la formación de cúmulos es estable y la difusión es favorable. Comprender estos matices permite diseñar materiales anódicos más eficientes y aporta directrices prácticas para la industria que busca alternativas más económicas y sostenibles al litio.
Insights desde la supercomputación
Equipos que emplearon supercomputadores de última generación, incluido Fugaku, ejecutaron modelos basados en DFT-MD (dinámica molecular apoyada en teoría del funcional de densidad) para simular interacciones entre iones sodio y láminas de grafeno. Estas simulaciones revelaron una transición clara: en poros diminutos los iones se comportan como adsorbidos en una capa bidimensional, mientras que en poros más grandes emergen cúmulos tridimensionales con características cuasi-metálicas. El equipo identificó que un diámetro aproximado de 1,5 nm favorece la formación de cúmulos estables, lo que resulta en una mayor capacidad de la meseta de almacenamiento.
Formación de cúmulos y estabilidad
El estudio muestra que cuando el diámetro de poro se aleja de ese valor óptimo —ya sea inferior o superior—, los cúmulos de sodio se tornan inestables, reduciendo la eficiencia de almacenamiento. Además, ciertos defectos en la superficie del carbono duro, lejos de obstaculizar, pueden facilitar la nucleación de cúmulos al disminuir la interacción Na–C y limitar el espacio disponible, lo que promueve arreglos más compactos de iones.
Estos fenómenos son esenciales para lograr una alta capacidad de meseta sin sacrificar la estabilidad ciclística.
Barreras para la movilidad iónica y rendimiento en potencia
Aunque la difusión local de iones sodio puede ser rápida en zonas bien conectadas del material, las simulaciones describen puntos de estrangulamiento: las regiones de transición entre espacios interlaminares amplios y estrechos actúan como cuellos de botella. En esos tramos, los iones se acumulan hasta que las fuerzas repulsivas colectivas desalojan el bloqueo, creando un paso limitante que explica por qué algunos ánodos de carbono duro muestran rendimiento lento a altas tasas de carga. Mejorar la continuidad estructural y reducir la variación de tamaños de poro es, por tanto, una estrategia directa para elevar la capacidad de carga/descarga.
Implicaciones para diseño de materiales
Las conclusiones proporcionan reglas prácticas: controlar la distribución de poros para centrarse en valores cercanos a 1,5 nm, aumentar la fracción de poros útiles y optimizar la conectividad interna. Estas recomendaciones aportan un puente entre modelos atómicos y manufactura industrial, ofreciendo caminos para que fabricantes ajusten procesos de síntesis del carbono duro y logren mejores compromisos entre densidad energética, vida útil y capacidad de carga rápida.
Relevancia para la comercialización y mercados
Las baterías de sodio ya despiertan interés industrial por el abundante suministro de sodio y su potencial coste reducido frente al litio. Sin embargo, la densidad energética y la cinética de iones siguen siendo retos. Al integrar los hallazgos de estas simulaciones, los desarrolladores de celdas pueden orientar la ingeniería de ánodos para obtener mayor capacidad de meseta y mejor tasa de ciclaje, lo que incrementa las posibilidades de adopción en aplicaciones donde el coste y la robustez térmica son prioritarios.
Optimizar poros en torno a 1–2 nm, asegurar una distribución estrecha alrededor de ≈1,5 nm y mejorar la conectividad interna emergen como pasos concretos para avanzar hacia baterías de sodio más competitivas y escalables.
