Las baterías de iones de litio están defectuosas y deben actualizarse

Lo crea o no, el teléfono inteligente que tiene en la mano era más poderoso que la red informática de la NASA, que se utilizó para poner humanos en la superficie de la luna en 1969, y con su teléfono inteligente puede hacer llamadas y enviar mensajes también. como otras características sorprendentes como jugar juegos y reproducir videos Imágenes, transmisión y otras características que no podemos enumerar completamente, pero todas las características que obtiene a través de un teléfono inteligente pueden desvanecerse y el dispositivo se vuelve inútil si no tiene una batería potente y recargable que puede durar mucho tiempo, pero la tecnología utilizada sigue siendo defectuosa y debe desarrollarse.

Baterías de iones de litio

La primera batería recargable de plomo-ácido fue desarrollada en 1859 por un físico Gaston PlantyY en 1980, desarrollar el mundo John Goodnav Batería de cátodo de óxido de cobalto de litio, que fue comercializada por Sony y utilizada para baterías de teléfonos celulares en 1991, y por este logro, Godnav recibió el Premio Nobel en octubre junto con sus compañeros químicos M. Stanley Whittingham y Akira Yoshino.

Las baterías de iones de litio funcionan combinando el cátodo de óxido de litio (electrodo positivo) con el ánodo (electrodo negativo) y el electrolito (separador) utilizado como conductor, cuando la batería se carga y descarga, los iones se mueven entre los electrodos y generan energía que la batería luego puede usar.

Solo cinco empresas en Japón, China y Corea del Sur producen el 62% de las baterías de iones de litio del mundo. La demanda ha crecido drásticamente desde 2015, cuando China comenzó a impulsar agresivamente la producción nacional de vehículos eléctricos junto con el continuo crecimiento mundial en las ventas de teléfonos inteligentes, tabletas y computadoras portátiles. .

China fabrica actualmente el 60% de los vehículos eléctricos del mundo y está tratando de asegurar el control del litio, que es un mineral natural abundante que se encuentra en el agua salada y se produce principalmente en América del Sur, específicamente en Bolivia, Chile y Argentina.

La empresa china Tianqi Lithium pagó el año pasado 4 millones de dólares por una participación en la empresa minera chilena Sociedad Química y Minera, lo que le otorgó el control de más de la mitad de la producción mundial de litio, y la industria en la que se centra Tianqi es el mercado de baterías de iones de litio. , que se espera que crezca en tamaño. De $ 33 mil millones en 2018 a más de $ 73 mil millones para 2024 según la firma de investigación de mercado Global Market Insights.

Desventajas de las baterías de iones de litio

El litio (llamado oro blanco) es un elemento químicamente activo en comparación con otros elementos, y en América del Sur, que produce la mayor parte del litio en el mundo, el oro blanco se extrae de las superficies de sal, pero el método utilizado consume mucha agua en uno. de las regiones más áridas del mundo, en cuanto al cobalto Otro mineral necesario en la producción de baterías, se encuentra casi exclusivamente en la República Democrática del Congo, y se extrae mediante prácticas inseguras, incluido el uso de niños como mano de obra para extraer cobalto.

Además, las baterías de iones de litio son actualmente demasiado caras para ser recicladas, lo que significa que a menudo terminan en vertederos, y los estadounidenses desechan alrededor de dos mil millones de baterías de iones de litio cada año. Sin embargo, hay proyectos en Suecia y Japón que han comenzado. Recicle las baterías de vehículos eléctricos que aún pueden retener el 70% de su carga incluso después de muchos años de uso.

A pesar del rápido aumento de su demanda, las baterías de iones de litio tienen otras desventajas, como problemas de seguridad y daños ambientales, porque las baterías de iones de litio son un material inherentemente inestable y esto significa que puede explotar cuando se dañan o se exponen a altas temperaturas. incendios y explosiones entre 195 y 2009, incluidos los problemas notables que enfrentó el Samsung Galaxy Note 2017 en 7.

soluciones alternativas

Algunos investigadores y tecnólogos están tratando de abordar estos desafíos y desventajas de las baterías de iones de litio hasta ahora, mientras que otros están trabajando en el proceso de evolución lenta para encontrar una alternativa a los iones de litio, ya que el amoníaco, el magnesio y el sodio están todos desarrollados en este momento y todos tienen sus inconvenientes, incluida la baja retención de energía y la volatilidad del material.

“Hay dos tecnologías de baterías primarias que demuestran capacidades asombrosas para la industria del automóvil eléctrico durante la próxima década”, dice Jarvis Toe, vicepresidente ejecutivo de marketing y productos de Enevate Corporation, una compañía de baterías de iones de litio con sede en Irvine, California. es una sustancia activa que puede almacenar litio y tiene una alta conductividad eléctrica.

Otro avance importante es la reducción o eliminación del cobalto, que actualmente representa el 20% del costo de los materiales utilizados en una batería de iones de litio normal, y el precio del cobalto ha aumentado de 20 dólares por tonelada métrica en 2016 a unos 80 dólares. Hoy en día, eliminar el cobalto es la clave para reducir el costo Baterías de iones de litio, razón por la cual Panasonic y Tesla están trabajando para eliminar el cobalto de sus baterías.

"Las tecnologías de cátodos con bajo contenido de cobalto o sin cobalto pueden ayudar a continuar reduciendo el costo de las baterías de vehículos eléctricos para obtener vehículos eléctricos más asequibles y certificados más rápido, ya que los cátodos siguen siendo el componente más caro dentro de una celda de iones de litio en la actualidad, y las tecnologías de ánodo que dominan el Silicon ofrece capacidades de carga muy rápidas junto con altas densidades de energía y características de seguridad ".

Los equipos de investigación han explorado con éxito el uso de electrodos de óxido de magnesio y cromo y nanocables de oro para reemplazar el cobalto del que generalmente están hechos los cátodos, además de baterías "recargables" que pueden reponer los electrolitos. Una futura central eléctrica en la carretera podría recargar su vehículo eléctrico con un nuevo electrolito cuando sea necesario, lo que elimina la preocupación por la autonomía que actualmente es un problema importante para los vehículos con batería de iones de litio.

Bill Ray, a cargo del sector de semiconductores y electrónica en la firma de investigación de mercado Gartner, dice que la espuma de cobre puede reemplazar el ión de litio en menos de cinco años, y está cerca de la producción, y con un ánodo más grande, lo que significa que se puede cargar. muy rápido. Por supuesto, lo que quieren los consumidores ".

Varias empresas, incluida Ford, están desarrollando baterías de estado sólido que funcionan reemplazando un separador de electrolitos líquidos con un sólido, y se está investigando una variedad de materiales potenciales, incluidos nuevos materiales cristalinos, silicio policristalino LTPS y el conductor de hidruro de litio superiónico. Y el electrolito cerámico.

Tecnologías futuras

El uso de sólidos puede resultar en una batería de mayor capacidad al tiempo que reduce el riesgo de incendio o explosión, aunque estos materiales están lejos de la producción convencional. Los Laboratorios Federales Suizos de Ciencia y Tecnología de Materiales y la Universidad de Ginebra también han creado un nuevo prototipo de batería conocida como "estado sólido" En su totalidad, esta batería tiene el potencial de ser más eficiente que la de iones de litio, tiene mayores capacidades y proporciona altos niveles de seguridad.

"Si puede dominar la carga inalámbrica confiable a más de un metro, la tecnología de la batería en sí misma se vuelve mucho menos importante". “Aunque se están realizando las primeras pruebas con sistemas de baterías de estado sólido, la tecnología de estado sólido tiene actualmente desventajas en términos de tecnología y precio”, dice Sven Schulz, CEO de la compañía alemana AKASOL para baterías de alto rendimiento.

Espera que las baterías de estado sólido ingresen al mercado en 2030, aunque cree que las baterías de iones de litio seguirán siendo la mejor opción durante al menos los próximos diez años porque, si bien el desarrollo de la tecnología de iones de litio no es un proceso revolucionario, sí lo es. mejorando paso a paso del 2% al 5%.% Anualmente. Adherirse a esta tecnología hasta que surja una nueva tecnología experimental es lo correcto.

A largo plazo, algunos expertos tienen una visión completamente diferente del futuro de la energía de la batería. Ray dice que la carga por inducción inalámbrica o en interiores a través de un cojín en un garaje, calle o estacionamiento de la ciudad es algo común.

"Por el momento, la carga inalámbrica no es realmente mejor que la carga con un cable. Si puede dominar la carga inalámbrica confiable a más de un metro, la tecnología de la batería en sí se vuelve mucho menos importante. Su dispositivo depende constantemente de la carga".

Algunos en la industria de la energía predicen que el almacenamiento de energía doméstica, como el Powerwall de Tesla, se convertirá en estándar ya que las unidades contienen baterías recargables de iones de litio que pueden almacenar 13.5 kilovatios hora de electricidad, suficiente para alimentar una casa de tamaño mediano durante un día. la demanda crece a medida que más hogares están equipados con paneles solares y turbinas eólicas, y es necesario almacenar esta energía.

Finalmente, a medida que aumente nuestra dependencia de diferentes tipos de baterías, aumentará el incentivo comercial para explorar soluciones nuevas, más confiables y efectivas, y para esto necesitamos ganar más experiencia en química, física, ingeniería y ciencia de materiales para poder unirnos. y es crucial que tengamos una ola de colaboración masiva que aborde los desafíos.Desarrollo de nuevas tecnologías de baterías.

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