Podrá el litio dar impulso a la electrificación global de cero emisiones
Por Jennifer Johnson (Imeche Org). Hay muchos caminos diferentes para lograr que la economía global alcance cero emisiones netas para mediados de este siglo.
Algunos implican una gran inversión en soluciones aún no desarrolladas, mientras que otros exigen una implementación más rápida de las tecnologías existentes, como las turbinas eólicas y los paneles solares. Pero, independientemente del rumbo que se tome en última instancia, no se puede negar que la electrificación desempeñará un papel fundamental para alcanzar la neutralidad de carbono.
Algunos han sugerido que las sociedades deberían “electrificar todo”, incluidos los edificios y muchos modos de transporte. Para que esto suceda, vamos a necesitar muchas baterías eficientes y de alto rendimiento. Aunque las baterías de iones de litio (LIB) que alimentan los automóviles y los teléfonos de hoy en día son mucho más avanzadas que sus predecesoras, los ingenieros y científicos aún están trabajando para crear formulaciones de baterías aptas para un futuro completamente eléctrico.
El doble de energía
Un equipo del Instituto Nacional de Ciencias de los Materiales (NIMS) de Japón publicó un artículo en la revista Materials Horizons en el que describe su diseño prometedor para una batería de litio-aire (LAB). Según los científicos, su tecnología puede contener el doble de energía por peso que los modelos de iones de litio existentes. Se cree que los LAB podrían alcanzar densidades de energía entre dos y cinco veces mayores que las de los LIB, lo que los hace particularmente adecuados para alimentar dispositivos pequeños, como drones y vehículos aéreos no tripulados.
Las baterías de litio-aire suelen ser livianas porque usan un conductor de electrones (generalmente hecho de una sustancia porosa como el carbono) en lugar de los óxidos de metales más pesados que se encuentran en las LIB. Las células LAB crean voltaje a partir de la disponibilidad de moléculas de oxígeno en el electrodo positivo. Luego, el oxígeno reacciona con los iones de litio cargados positivamente para crear peróxido de litio y generar electricidad. Una vez que no se puede formar más peróxido de litio, la batería está descargada.
Sin embargo, los nuevos materiales utilizados en el prototipo NIMS son caros y la batería está limitada a solo 10 ciclos de carga y descarga. En otras palabras, tiene un largo camino por recorrer antes de poder impulsar un dron de reparto. Muchos de los LAB diseñados hasta la fecha también tienen una eficiencia de carga baja, lo que significa que obtienes una salida de energía relativamente pequeña en comparación con la energía que se pone en la batería. La producción de calor y las reacciones secundarias no deseadas en los electrodos también pueden conducir a la pérdida de energía en las celdas de litio-aire.
En otros lugares, los científicos están investigando otras formulaciones de baterías novedosas, como el litio-azufre, que podrían ayudar a electrificar sectores difíciles. Un consorcio de académicos dirigido por investigadores del University College London (UCL) publicó una hoja de ruta para comercializar la tecnología, que utiliza litio metálico como electrodo negativo. El electrodo positivo está hecho de azufre, que ofrece el potencial teórico para una mejora de cinco veces en la capacidad con respecto a los LIB.
peso reducido
En comparación con las baterías de iones de litio, las celdas que utilizan azufre tienen un peso reducido y una mayor tolerancia a las temperaturas extremas. Esto significa que podrían ser útiles para electrificar vehículos pesados, como camiones y autobuses, y potencialmente aviones. Pero los investigadores de la UCL señalaron que se necesita «una mejora significativa en el ciclo de vida» de las celdas de litio-azufre para facilitar su comercialización. Las baterías viables, escribieron, deberían ser capaces de lograr un rendimiento confiable durante un mínimo de 200 ciclos con una caída en la capacidad no superior al 60%.
Los científicos han teorizado durante mucho tiempo sobre las implicaciones disruptivas de las baterías de estado sólido. Estas celdas suelen utilizar una reacción química basada en iones de litio para descargar y almacenar energía. Sin embargo, utilizan un electrolito sólido (a menudo hecho de materiales cerámicos) en lugar del electrolito líquido convencional. Esto significa que son potencialmente más ligeros, más pequeños y más densos en energía que los LIB de hoy. También presentan menos riesgo de incendio.
Hay un número pequeño pero creciente de empresas que trabajan para producir baterías de estado sólido, además de académicos e investigadores que estudian sus aplicaciones. Solid Power, con sede en Colorado, está preparando la producción piloto de sus baterías de grado comercial, que se enviarán a Ford y BMW para probarlas en automóviles.
Los supuestos beneficios de seguridad y el rendimiento mejorado de las células de estado sólido atraen naturalmente a los fabricantes de automóviles. La empresa emergente Factorial Energy, que cuenta con «un material de electrolito sólido patentado», recibió fondos de Mercedes-Benz, mientras que el fabricante de baterías QuantumScape cuenta con el respaldo de Volkswagen.
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El contenido publicado por Professional Engineering no representa necesariamente los puntos de vista de la Institución de Ingenieros Mecánicos.
Podría un cargador de iones de litio potenciar la electrificación?
11 de febrero de 2022
jennifer johnson
Hay muchos caminos diferentes para lograr que la economía global alcance cero emisiones netas para mediados de este siglo.
Algunos implican una gran inversión en soluciones aún no desarrolladas, mientras que otros exigen una implementación más rápida de las tecnologías existentes, como las turbinas eólicas y los paneles solares. Pero, independientemente del rumbo que se tome en última instancia, no se puede negar que la electrificación desempeñará un papel fundamental para alcanzar la neutralidad de carbono.
Algunos han sugerido que las sociedades deberían “electrificar todo”, incluidos los edificios y muchos modos de transporte. Para que esto suceda, vamos a necesitar muchas baterías eficientes y de alto rendimiento. Aunque las baterías de iones de litio (LIB) que alimentan los automóviles y los teléfonos de hoy en día son mucho más avanzadas que sus predecesoras, los ingenieros y científicos aún están trabajando para crear formulaciones de baterías aptas para un futuro completamente eléctrico.
El doble de energía
Un equipo del Instituto Nacional de Ciencias de los Materiales (NIMS) de Japón publicó un artículo en la revista Materials Horizons en el que describe su diseño prometedor para una batería de litio-aire (LAB). Según los científicos, su tecnología puede contener el doble de energía por peso que los modelos de iones de litio existentes. Se cree que los LAB podrían alcanzar densidades de energía entre dos y cinco veces mayores que las de los LIB, lo que los hace particularmente adecuados para alimentar dispositivos pequeños, como drones y vehículos aéreos no tripulados.
Las baterías de litio-aire suelen ser livianas porque usan un conductor de electrones (generalmente hecho de una sustancia porosa como el carbono) en lugar de los óxidos de metales más pesados que se encuentran en las LIB. Las células LAB crean voltaje a partir de la disponibilidad de moléculas de oxígeno en el electrodo positivo. Luego, el oxígeno reacciona con los iones de litio cargados positivamente para crear peróxido de litio y generar electricidad. Una vez que no se puede formar más peróxido de litio, la batería está descargada.
Sin embargo, los nuevos materiales utilizados en el prototipo NIMS son caros y la batería está limitada a solo 10 ciclos de carga y descarga. En otras palabras, tiene un largo camino por recorrer antes de poder impulsar un dron de reparto. Muchos de los LAB diseñados hasta la fecha también tienen una eficiencia de carga baja, lo que significa que obtienes una salida de energía relativamente pequeña en comparación con la energía que se pone en la batería. La producción de calor y las reacciones secundarias no deseadas en los electrodos también pueden conducir a la pérdida de energía en las celdas de litio-aire.
En otros lugares, los científicos están investigando otras formulaciones de baterías novedosas, como el litio-azufre, que podrían ayudar a electrificar sectores difíciles. Un consorcio de académicos dirigido por investigadores del University College London (UCL) publicó una hoja de ruta para comercializar la tecnología, que utiliza litio metálico como electrodo negativo. El electrodo positivo está hecho de azufre, que ofrece el potencial teórico para una mejora de cinco veces en la capacidad con respecto a los LIB.
peso reducido
En comparación con las baterías de iones de litio, las celdas que utilizan azufre tienen un peso reducido y una mayor tolerancia a las temperaturas extremas. Esto significa que podrían ser útiles para electrificar vehículos pesados, como camiones y autobuses, y potencialmente aviones. Pero los investigadores de la UCL señalaron que se necesita «una mejora significativa en el ciclo de vida» de las celdas de litio-azufre para facilitar su comercialización. Las baterías viables, escribieron, deberían ser capaces de lograr un rendimiento confiable durante un mínimo de 200 ciclos con una caída en la capacidad no superior al 60%.
Los científicos han teorizado durante mucho tiempo sobre las implicaciones disruptivas de las baterías de estado sólido. Estas celdas suelen utilizar una reacción química basada en iones de litio para descargar y almacenar energía. Sin embargo, utilizan un electrolito sólido (a menudo hecho de materiales cerámicos) en lugar del electrolito líquido convencional. Esto significa que son potencialmente más ligeros, más pequeños y más densos en energía que los LIB de hoy. También presentan menos riesgo de incendio.
Hay un número pequeño pero creciente de empresas que trabajan para producir baterías de estado sólido, además de académicos e investigadores que estudian sus aplicaciones. Solid Power, con sede en Colorado, está preparando la producción piloto de sus baterías de grado comercial, que se enviarán a Ford y BMW para probarlas en automóviles.
Los supuestos beneficios de seguridad y el rendimiento mejorado de las células de estado sólido atraen naturalmente a los fabricantes de automóviles. La empresa emergente Factorial Energy, que cuenta con «un material de electrolito sólido patentado», recibió fondos de Mercedes-Benz, mientras que el fabricante de baterías QuantumScape cuenta con el respaldo de Volkswagen.
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