Un equipo del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) desarrolló una celda de combustible basada en sodio metálico que podría transformar el transporte eléctrico en sectores de difícil electrificación como la aviación regional, los trenes y la navegación.
La innovación, presentada en la revista Joule y difundida por MIT Technology Review, ofrece una densidad energética hasta tres veces superior a la de las baterías de litio actuales, con ventajas adicionales en seguridad, eficiencia operativa y sostenibilidad ambiental.
Según MIT Technology Review, esta tecnología abre nuevas posibilidades para avanzar hacia una movilidad más limpia y reducir las emisiones asociadas al transporte. El sistema fue diseñado para aplicaciones que requieren alta densidad energética y bajo peso, como los aviones eléctricos de corto y mediano alcance, y ya fue validado en pruebas de laboratorio.
Cómo funciona la celda
A diferencia de las baterías de litio, que requieren recarga eléctrica, esta celda opera mediante una reacción entre sodio metálico y aire, lo que genera electricidad sin necesidad de recarga externa. El sistema se asemeja a una celda de combustible de hidrógeno, pero sin el uso de gases presurizados ni temperaturas criogénicas.
El diseño básico incluye un compartimento con sodio metálico líquido, un electrolito cerámico sólido que permite el paso de iones y un electrodo poroso que capta oxígeno del aire. Durante la operación, el sodio se oxida, se genera electricidad y los subproductos se eliminan automáticamente. Para reactivar el sistema, solo es necesario reemplazar el sodio consumido, lo que reduce los tiempos de inactividad.
MIT News informó que el equipo desarrolló dos prototipos: uno vertical, conocido como “H cell”, y otro horizontal, ambos capaces de operar entre 110 y 130 °C, una temperatura adecuada para su aplicación en vehículos como aviones y barcos.
Ventajas clave: energía, recarga y seguridad
La densidad energética es uno de los aspectos más destacados del desarrollo. Las pruebas de laboratorio lograron valores entre 1.200 y 1.500 Wh/kg a nivel de celda, en comparación con los 300 Wh/kg de las baterías de litio más avanzadas.
Según Yet-Ming Chiang, profesor de ciencia e ingeniería de materiales del MIT, alcanzar los 1.000 Wh/kg es el umbral mínimo para la aviación eléctrica, un objetivo que esta celda ya superó.
Otra ventaja significativa es la eliminación de la recarga eléctrica convencional. El reemplazo físico del sodio metálico permite una operación continua y más ágil, lo que resulta crucial en aplicaciones donde el tiempo de recarga es un factor crítico.
En materia de seguridad, el uso de un electrolito cerámico sólido reduce los riesgos al impedir el contacto entre el sodio y el agua. Además, el diseño expulsa el agua producida durante la reacción, minimizando la posibilidad de eventos peligrosos. “Siempre que se busca una batería de muy alta densidad energética, la seguridad es una preocupación”, señaló Chiang a MIT News, pero destacó que el diseño de esta celda mitiga dichos riesgos de manera efectiva.
Rendimiento de laboratorio y diseño modular
Los experimentos demostraron que los prototipos alcanzan más de 1.500 Wh/kg a nivel de stack, y superan los 1.000 Wh/kg a nivel de sistema completo, según MIT Technology Review. Las pruebas se realizaron a temperaturas ligeramente superiores al punto de fusión del sodio (98 °C), lo que favorece la manipulación del combustible.
El diseño modular permite imaginar paquetes intercambiables de celdas, que podrían insertarse fácilmente en vehículos. Esta arquitectura recuerda a bandejas extraíbles y agiliza el reemplazo de energía.
La doctoranda Karen Sugano, integrante del equipo, subrayó que la humedad del aire fue determinante para optimizar la reacción: “La clave fue que podemos formar este producto de descarga en estado líquido y eliminarlo fácilmente, en lugar de que se forme un sólido en condiciones secas”.
Aplicaciones: aviación, transporte y drones
La celda se proyecta como una solución viable para la aviación regional, que representa cerca del 80% de los vuelos domésticos y un 30% de las emisiones del sector aéreo, según Chiang. Su alta densidad energética y bajo peso la convierten en una alternativa real para vuelos de corta y media distancia.
También se considera su uso en trenes, barcos y drones, donde las baterías actuales no logran ofrecer el rendimiento necesario. El MIT planea validar la tecnología mediante el vuelo de un dron de gran tamaño en el próximo año, lo que marcaría un primer paso hacia su aplicación comercial.
Impacto ambiental
Uno de los aspectos más innovadores es la gestión de subproductos. Durante la reacción, se produce hidróxido de sodio, que puede neutralizar dióxido de carbono atmosférico al formar compuestos estables como carbonato y bicarbonato de sodio. Esto permitiría una captura pasiva de carbono y contribuiría a frenar el cambio climático.
Según Chiang, este proceso es espontáneo y no requiere intervención adicional: “No tenemos que hacer nada para que suceda, solo tenemos que volar el avión”, declaró a MIT News.
Además, el hidróxido de sodio generado podría comercializarse como subproducto industrial, aunque su uso masivo en océanos plantea desafíos ambientales que deberán evaluarse cuidadosamente.
Desafíos y próximos pasos hacia la comercialización
Pese a los avances, la escalabilidad de la tecnología plantea retos. La producción global de sodio metálico es actualmente limitada, aunque en el pasado alcanzó volúmenes de hasta 200.000 toneladas anuales en Estados Unidos. Dado que se obtiene de sal común, un recurso abundante, su disponibilidad podría aumentar si la demanda lo exige.
Con ese objetivo, el equipo fundó la empresa Propel Aero, incubada en The Engine, del MIT, y respaldada por ARPA-E, Breakthrough Energy Ventures y la National Science Foundation. El primer objetivo comercial es desarrollar una celda del tamaño de un ladrillo, capaz de suministrar 1.000 Wh, suficiente para operar un dron agrícola de gran escala.
Fundamento técnico y respaldo institucional
El proyecto se nutre de décadas de trabajo en baterías metal-aire, conocidas por su alto potencial energético, pero históricamente limitadas por la dificultad de recarga. Chiang ya había explorado estas tecnologías con baterías de hierro-aire a través de la empresa Form Energy.
La innovación actual reside en convertir el concepto en una celda de combustible recargable por sustitución de sodio, lo que permite explotar su densidad energética sin enfrentar los problemas de reversibilidad.
El equipo interdisciplinario combina conocimientos en celdas de alta temperatura, control de humedad y diseño cerámico, lo que fue clave para lograr una celda operativa.
Perspectivas futuras y potencial transformador
El MIT y Propel Aero esperan demostrar el vuelo del primer dron impulsado por esta celda en el plazo de un año. De lograrse, podría marcar el inicio de una nueva etapa para la electrificación de la aviación y el transporte pesado.
“Si la gente no piensa que esto es una idea totalmente loca al principio, probablemente no sea tan revolucionaria como se piensa”, reflexionó Chiang en declaraciones a MIT Technology Review.
La comunidad científica observa con atención un desarrollo que podría redefinir los límites de la movilidad eléctrica y el impacto ambiental del transporte.