Batería de iones de litio: ¿es perfecta para los requerimientos futuros? - World Energy Trade

Batería de iones de litio: ¿es perfecta para los requerimientos futuros?

A pesar del descubrimiento revolucionario de esta tecnología, está lejos de ser perfecta

A pesar del descubrimiento revolucionario de esta tecnología, está lejos de ser perfecta

Electricidad
Typography
  • Smaller Small Medium Big Bigger
  • Default Helvetica Segoe Georgia Times
Inicio desactivadoInicio desactivadoInicio desactivadoInicio desactivadoInicio desactivado
 

En la actualidad las baterías de iones de litio son muy usadas, es posible verlas en dispositivos, vehículos, robots y almacenamiento en la red eléctrica. La producción mundial es de aproximadamente 160 gigavatios-hora por año. Esta tecnología le valió a tres de sus principales desarrolladores el Premio Nobel de Química en 2019.


ENERGÍAS ALTERNATIVAS
Iberdrola visita la gigabatería del Tâmega, una de las mayores de Europa

A pesar del descubrimiento revolucionario de esta tecnología, la batería de iones de litio está lejos de ser perfecta. Todavía es demasiado cara para aplicaciones que requieren almacenamiento a largo plazo, además, tiende a incendiarse. Por otro lado, muchas formas de la batería dependen de materiales cada vez más difíciles de conseguir, como el cobalto y el níquel.

No obstante, los expertos en baterías han estado de acuerdo en sugerir que algún día algo mejor tendrá que venir. Quizás, podría ser el predecesor inmediato de la batería de iones de litio: la batería de litio y metal, la cual fue desarrollada en la década de 1970 por M. Stanley Whittingham, entonces químico de Exxon. El litio metálico es atractivo como material de batería porque arroja fácilmente electrones e iones de litio cargados positivamente.

Lamentablemente el diseño de Whittingham resultó demasiado difícil de comercializar en esa época, por la siguiente razón: el litio es altamente reactivo, y el disulfuro de titanio que utilizó para el cátodo era costoso.

Batería de iones de litio: el objetivo planteado

Para ese entonces, las baterías con ánodos de metal de litio quedaron rezagadas. Pero XNRGI, con sede en Bothell, Washington, tiene como objetivo llevar las baterías de litio y metal a la corriente principal. Su equipo de I + D logró domesticar la reactividad del litio metálico depositándolo en un sustrato de silicio, recubierto con películas delgadas y grabado con millones de pequeñas células.

El sustrato 3D aumenta en gran medida el área de superficie del ánodo en comparación con un ánodo bidimensional de iones de litio tradicional. Cuando se considera el uso de litio metálico en lugar de un compuesto, el ánodo XNRGI tiene hasta 10 veces la capacidad de un ánodo de grafito-litio intercalado tradicional, dice Chris D'Couto, CEO de XNRGI.

La compañía espera comenzar la producción comercial de bajo volumen de sus baterías de litio y metal este año, para su envío a clientes de vehículos eléctricos y electrónicos de consumo. XNRGI también tiene como objetivo el almacenamiento en cuadrícula. El año pasado, firmó un acuerdo para formar una empresa conjunta con la startup canadiense Cross Border Power , para vender y distribuir sus baterías a clientes de servicios públicos en América del Norte.

Por supuesto, se anuncian nuevas tecnologías de batería todo el tiempo, y los medios de comunicación de tecnología, incluido IEEE Spectrum, están más que felices de promocionar sus capacidades prometedoras. Pero relativamente pocas baterías que parecen revolucionarias en el laboratorio, realmente dan el salto al mercado.

Comercialización complicada

La comercialización de cualquier batería nueva es una perspectiva complicada, señala Venkat Srinivasan, un experto en almacenamiento de energía en el Laboratorio Nacional Argonne, cerca de Chicago. "Depende de cuántas métricas intentes satisfacer", dice. Para un automóvil eléctrico, la batería ideal ofrece:

  • Un rango de manejo de varios cientos de kilómetros.
  • Tiempos de carga medidos en minutos.
  • Un amplio rango de temperaturas de operación.
  • Un ciclo de vida de 10 años y seguridad en caso de colisión.
  • Bajo costo.

"Cuantas más métricas tenga, más difícil será para una nueva tecnología de batería, satisfacerlas a todas", dice Srinivasan. "Por lo tanto, debe comprometerse: tal vez la batería dure 10 años, pero el rango de manejo será limitado y no se cargará tan rápido". Las variadas aplicaciones tendrán métricas diferentes, agrega, y "la industria solo quiere mirar con baterías que son al menos tan buenas como las que ya están disponibles".

ENERGÍAS ALTERNATIVAS
La energía solar está creciendo significativamente en Brasil

D'Couto reconoce que comercializar las baterías de XNRGI no ha sido fácil, pero dice que varios factores le dieron una ventaja a la compañía. En lugar de inventar un nuevo método de fabricación, tomó prestadas algunas de las mismas técnicas probadas y verdaderas que los fabricantes de chips utilizan para hacer circuitos integrados. Estos incluyen el grabado de las cavidades de 20 por 20 micrómetros en el silicio y la aplicación de películas delgadas. De ahí el nombre de la batería: el PowerChip.

Cada una de esas células microscópicas puede considerarse una microbatería, dice D'Couto. A diferencia de la falla catastrófica que ocurre cuando se perfora una batería de iones de litio, una falla en una celda de un PowerChip no se propagará a las celdas circundantes. Las células también parecen desalentar la formación de dendritas, crecimientos filiformes que pueden hacer que la batería falle.

Conclusión – Mejora continua en el proceso

XNRGI continúa experimentando con diseños de cátodos que pueden mantenerse al día con sus ánodos sobrealimentados. Por ahora, la compañía está utilizando cátodos hechos de óxido de litio-cobalto y níquel-manganeso-cobalto, lo que podría generar una batería con el doble de capacidad que los iones de litio tradicionales.

También fabrica baterías de muestra utilizando cátodos suministrados por los clientes. D'Couto dice que materiales alternativos como el azufre podrían aumentar aún más el rendimiento del cátodo. "Tener un ánodo de alto rendimiento sin un cátodo de alto rendimiento correspondiente, no maximiza todo el potencial de la batería", dice.

"La gente como yo, sueña con un día en el que hayamos resuelto por completo todos los problemas de la batería", dice Srinivasan de Argonne. “Quiero que todos conduzcan un EV, que todos tengan almacenamiento de batería en su hogar. Quiero que la aviación se electrifique”, dice. En las baterías como en la vida, siempre habrá margen de mejora.

 

Te puede interesar: Batería de plomo-ácido vs. la tecnología de litio, ¿cuál es mejor?