Más baterías energéticamente eficientes y rentables serán clave para acelerar la adopción de vehículos eléctricos (VE) y aumentar la participación de la generación de energía renovable, ya que muchos países se comprometen a hacer que sus economías sean más ecológicas después de la pandemia. Así que la carrera para encontrar el próximo avance en el tipo de baterías más utilizado, la batería de iones de litio, está en marcha.
Por Tsvetana Paraskova para Oilprice | Traducción libre del inglés por lapatilla.com
Los investigadores han estado trabajando durante años para desarrollar baterías más duraderas y más baratas que puedan almacenar más energía.
Más recientemente, los científicos del Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico (PNNL) del Departamento de Energía de EE. UU. han buscado formas de hacer que el cátodo de la batería almacene más energía a un costo relativamente menor. Y creen que pueden haber encontrado la solución.
Los investigadores han trabajado para mejorar el rendimiento de la batería de iones de litio mediante el uso de un cátodo que es muy rico en níquel y trabajando para superar un desafío clave en el uso de cátodos ricos en níquel. El desafío es que el alto contenido de níquel en el cátodo aumenta la posibilidad de reacciones secundarias no deseadas, daña el material y dificulta el almacenamiento y la manipulación.
En un artículo publicado en la revista Science el viernes, los investigadores de PNNL describen su enfoque para resolver el problema de empaquetar el cátodo con más níquel del que se usa actualmente en las baterías de iones de litio. Han utilizado un cátodo rico en níquel monocristalino y han identificado una razón por la que no se ha utilizado hasta ahora: los cátodos ricos en níquel monocristalino se rompen porque un proceso conocido como deslizamiento de cristal conduce a microfisuras.
Actualmente, el cátodo rico en níquel más común está en forma de policristales, agregados de muchos nanocristales en una partícula más grande. El cátodo monocristalino rico en níquel contiene al menos un 25 por ciento más de energía en comparación con las baterías de iones de litio que se utilizan en los vehículos eléctricos actuales, según el equipo de científicos de PNNL.
Han descubierto que algunas de esas microfisuras en la estructura rica en níquel monocristalino son reversibles a través de las acciones naturales de los átomos de litio. Además, los investigadores han estudiado varias formas de prevenir las microfisuras, incluido el funcionamiento de la batería a un voltaje común, lo que minimiza el daño. Mantener el tamaño del monocristal por debajo de 3,5 micrones puede evitar daños incluso a voltajes más altos, dice el equipo que también está explorando formas de estabilizar la red cristalina para adaptarse mejor a la llegada y salida de iones de litio.
“El níquel está en el tablero de dibujo de los fabricantes de baterías de iones de litio en gran parte debido a su costo relativamente bajo, amplia disponibilidad y baja toxicidad en comparación con otros materiales clave de baterías, como el cobalto”, dijo PNNL en un comunicado.
Hasta ahora, las baterías de iones de litio han liderado el camino para aumentar las ventas de vehículos eléctricos y la participación de energía renovable. Pero la investigación sobre otros tipos de química de baterías, como las baterías de litio y oxígeno, o las baterías estructurales en las que el material es el dispositivo de almacenamiento de energía, podría algún día conducir a soluciones comerciales viables adicionales para los vehículos eléctricos y el almacenamiento de energía.
Se espera que las baterías de iones de litio, en particular, alcancen el hito de un precio de paquete de baterías por debajo de los US $ 100 / kWh en cuatro años. Ese precio se considera ampliamente como el punto de inflexión para la adopción masiva de vehículos eléctricos.
Los precios de los paquetes de baterías de iones de litio han disminuido en un 87 por ciento de 2010 a 2019, y el promedio ponderado por volumen alcanzó los US $ 156 / kWh el año pasado, según estimaciones de Bloomberg NEF.
“Para 2024, los precios de los paquetes de baterías bajarán de $ 100 / kWh en una base promedio ponderada por volumen, impulsados ??en parte por la introducción de nuevas químicas de celdas y equipos y técnicas de fabricación”, dijo BNEF en su Perspectiva de vehículos eléctricos 2020.
Wood Mackenzie prevé que los precios de los paquetes de baterías caerán por debajo del hito de los US $ 100 / kWh para 2024, gracias a las economías de escala y las mejoras tecnológicas, y a pesar de la crisis impulsada por el coronavirus.
IHS Markit es aún más optimista: considera que el costo promedio de una celda de batería de iones de litio cae por debajo del hito de US $ 100 kWh ya en 2023. En 2030, el costo promedio de una celda de este tipo bajará aún más a $ 73 / kWh, según el análisis de IHS Markit.
El precio de la celda de la batería de iones de litio de fosfato de hierro (LFP) ya ha caído por debajo de $ 100 / kWh este año, y este tipo de batería sigue siendo la opción de menor costo. Sin embargo, las baterías de iones de litio con la química de níquel, manganeso, cobalto (NMC) y níquel cobalto y aluminio (NCA) seguirán teniendo la participación mayoritaria del sector automotriz gracias a su mayor densidad de energía, dijo IHS Markit.
“El costo es el nombre del juego. Los avances tecnológicos y la competencia entre los diferentes tipos de baterías de iones de litio están reduciendo los precios ”, dice Youmin Rong, analista senior de tecnología de energía limpia de IHS Markit.