Mientras que los materiales tradicionales a base de carbono son una opción rentable, su rendimiento electroquímico es inferior, por lo que hay que doparlos con múltiples elementos, como el nitrógeno (N) y el azufre (S).

Otro problema es que las rutas de síntesis conocidas actualmente para el codopaje son complejas, potencialmente peligrosas e incluso incapaces de producir niveles de dopaje aceptables.

Ahora, un equipo de científicos de la Universidad Marítima y Oceánica de Corea ha logrado superar la complejidad de la síntesis y los problemas de seguridad causados por el precursor dopante dañino mediante una nueva ruta de síntesis. Desarrollaron un proceso de plasma en líquido de un solo paso para sintetizar material anódico a base de carbono codopado con N y S, que mostró un gran potencial para las baterías de agua de mar.

El proceso consistió en preparar una mezcla de precursores que contenían carbono, N y S y descargar plasma en la solución, lo que dio como resultado un material con altos niveles de dopaje de N y S con una columna vertebral estructural de negro de humo. «El material del ánodo codopado que preparamos mostró un notable rendimiento electroquímico en los SWB, con una vida útil de más de 1.500 ciclos a una densidad de corriente de 10 A/g», afirmó el profesor asociado Jun Kang.

En concreto, el ánodo de NS/C creado de este modo permitió incluso que las baterías de agua de mar superaran a las de iones de litio, convirtiéndolas en una alternativa sostenible a la omnipresente tecnología de las baterías.

El material presenta una gran superficie específica (476,8 m2 g-1) y abundantes sitios activos en su superficie debido a su estructura vacía.

Tiene una alta eficiencia coulómbica inicial del 84%. Cuando el ánodo se aplica a una semicelda de iones de sodio, el NS/C mostró una notable vida útil de 35.000 ciclos a una densidad de corriente ultra alta de 100 A g-1 con una alta capacidad reversible de >72 mAh g-1.

«Gracias a las ventajas de esta estructura, el NS/C provocó evidentemente una reacción de cointercalación en un electrolito a base de éter, evitando al mismo tiempo la formación de una capa de interfaz de electrolito sólido (SEI) en la superficie del ánodo», escribieron los investigadores en su artículo Facile in situ synthesis of dual-heteroatom-doped high-rate capability carbon anode for rechargeable seawater batteries, publicado recientemente en Carbon.

Las aplicaciones marítimas potenciales de las SWB son versátiles, ya que pueden funcionar con seguridad mientras están completamente sumergidas en el agua de mar. Pueden utilizarse para suministrar energía de emergencia en centrales nucleares costeras o instalarse en boyas para ayudar a la navegación y la pesca. Pero, como explica Kang, las baterías de agua de mar pueden ser más potentes si se utilizan junto con energías renovables, como la solar.

«En otras palabras, si se utiliza energía renovable para cargar la batería de agua de mar, puede ser el dispositivo de almacenamiento de energía más limpio», explica Kang a la pv magazine.

«En concreto, en el caso de las boyas para la señalización de la navegación, la energía se suministra mediante baterías de plomo-ácido. Sin embargo, las baterías de plomo son débiles frente a la corrosión, por lo que su durabilidad es muy escasa. En Corea se están desarrollando productos que sustituyen estas baterías de plomo por baterías de agua de mar, y se está utilizando la energía solar como fuente de energía para cargar las baterías de agua de mar.»

Por último, las baterías de agua de mar pueden instalarse como fuente de energía para los equipos de salvamento de los barcos de pasajeros. «No sólo suministrarían una mayor densidad de energía que las baterías primarias convencionales, sino que también permitirían un funcionamiento estable en el agua, aumentando así las probabilidades de supervivencia», afirma Kang.