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Baterías con densidad energética
Skip to main contentApoyar el periodismo científicoSuscribirseLos módulos de baterías de iones de litio para vehículos eléctricos se encuentran en la línea de producción de una fábrica de automóviles en Dingolfing, Alemania. Crédito: Krisztian Bocsi/Bloomberg vía Getty ImagesPublicidad
Las baterías de iones de litio están en el corazón de casi todos los vehículos eléctricos, ordenadores portátiles y teléfonos inteligentes, y son esenciales para almacenar energía renovable ante la emergencia climática. Pero todas las explotaciones mineras actuales del mundo no pueden extraer suficiente litio y otros minerales clave para satisfacer la disparada demanda de estas baterías. Establecer nuevas minas es un esfuerzo costoso y que dura años. Además, la explotación minera genera una serie de problemas medioambientales -como el agotamiento de los recursos hídricos locales y la contaminación de la región cercana con los desechos de la escorrentía- que han dado lugar a protestas contra las nuevas minas.
Todo esto significa que la capacidad de reciclar las baterías existentes es crucial para cambiar de forma sostenible el sistema energético mundial. Pero el reciclaje de las baterías de iones de litio sólo ha hecho incursiones comerciales recientemente. Los fabricantes de baterías han dudado por la preocupación de que los productos reciclados puedan ser de menor calidad que los construidos a partir de minerales recién extraídos, lo que podría acortar la vida útil de la batería o dañar sus entrañas. Las consecuencias podrían ser graves, sobre todo en una aplicación como un vehículo eléctrico.
Ventajas y desventajas de las baterías de iones de litio
(0,90-2,43 MJ/L)Potencia específica~250 – ~340 W/kg[1]Eficiencia de carga/descarga80-90%[5]Energía/precio al consumidor7,6Wh/US$132$/kWh[6]Tasa de autodescarga0,35% a 2,5% al mes dependiendo del estado de carga[7]Durabilidad del ciclo400-1.200 ciclos
Una batería de iones de litio o batería Li-ion es un tipo de batería recargable compuesta por celdas en las que los iones de litio se mueven desde el electrodo negativo a través de un electrolito hasta el electrodo positivo durante la descarga y de vuelta al cargar. Las pilas de iones de litio utilizan un compuesto de litio intercalado como material en el electrodo positivo y normalmente grafito en el electrodo negativo. Las baterías de iones de litio tienen una alta densidad energética, no tienen efecto memoria (salvo las células LFP)[9] y tienen una baja autodescarga. Las celdas pueden fabricarse para priorizar la densidad de energía o de potencia[10]. Sin embargo, pueden suponer un riesgo para la seguridad, ya que contienen electrolitos inflamables y, si se dañan o cargan incorrectamente, pueden provocar explosiones e incendios.
Akira Yoshino desarrolló un prototipo de batería de iones de litio en 1985, basándose en las investigaciones anteriores de John Goodenough, M. Stanley Whittingham, Rachid Yazami y Koichi Mizushima durante los años 70-80,[11][12][13] y posteriormente un equipo de Sony y Asahi Kasei dirigido por Yoshio Nishi desarrolló una batería de iones de litio comercial en 1991. [14] Las baterías de iones de litio se utilizan habitualmente para la electrónica portátil y los vehículos eléctricos, y cada vez son más populares para aplicaciones militares y aeroespaciales[15].
Cómo se fabrican las baterías de litio
Este futuro electrificado está mucho más cerca de lo que se cree. General Motors anunció a principios de este año que tiene previsto dejar de vender vehículos de gasolina en 2035. El objetivo de Audi es dejar de producirlos en 2033, y muchas otras grandes empresas automovilísticas están siguiendo su ejemplo. De hecho, según BloombergNEF, dos tercios de las ventas mundiales de vehículos de pasajeros serán eléctricos en 2040. Y los sistemas a escala de red en todo el mundo están creciendo rápidamente gracias a los avances en la tecnología de almacenamiento de baterías.
Aunque esto puede parecer el camino ideal hacia la energía sostenible y los viajes por carretera, hay un gran problema. En la actualidad, las baterías de iones de litio (Li) son las que se utilizan normalmente en los vehículos eléctricos y en las megabaterías que se emplean para almacenar la energía procedente de las energías renovables, y las baterías de Li son difíciles de reciclar.A medida que aumente la demanda de vehículos eléctricos, como se prevé que ocurra, el impulso para reciclar un mayor número de ellas se disparará en la industria de las baterías y los vehículos de motorUna de las razones es que los métodos más utilizados para reciclar baterías más tradicionales, como las de plomo-ácido, no funcionan bien con las baterías de Li. Estas últimas suelen ser más grandes, más pesadas, mucho más complejas e incluso peligrosas si se desmontan mal.
Densidad energética de las baterías de iones de litio
Las baterías de litio se distinguen de otras químicas por su alta densidad energética y su bajo coste por ciclo. Sin embargo, “batería de litio” es un término ambiguo. Hay unas seis químicas comunes de baterías de litio, todas con sus propias ventajas y desventajas. Para las aplicaciones de energía renovable, la química predominante es el fosfato de hierro y litio (LiFePO4). Esta química tiene una excelente seguridad, con gran estabilidad térmica, altos índices de corriente, larga vida de ciclo y tolerancia al abuso.
El fosfato de hierro y litio (LiFePO4) es una química de litio extremadamente estable en comparación con casi todas las demás químicas de litio. La batería está montada con un material de cátodo naturalmente seguro (fosfato de hierro). En comparación con otras químicas de litio, el fosfato de hierro promueve un fuerte enlace molecular, que soporta condiciones de carga extremas, prolonga la vida del ciclo y mantiene la integridad química durante muchos ciclos. Esto es lo que da a estas baterías su gran estabilidad térmica, su larga vida de ciclo y su tolerancia al abuso. Las baterías de LiFePO4 no son propensas al sobrecalentamiento, ni a la “fuga térmica” y, por lo tanto, no se sobrecalientan ni se inflaman cuando se las somete a una manipulación rigurosa o a duras condiciones ambientales.