El mundo necesita más energía, preferiblemente en forma limpia y renovable.Nuestras estrategias de almacenamiento de energía actualmente están moldeadas por baterías de iones de litio, a la vanguardia de dicha tecnología, pero ¿qué podemos esperar en los próximos años?
Comencemos con algunos conceptos básicos de la batería.Una batería es un paquete de una o más celdas, cada una de las cuales tiene un electrodo positivo (el cátodo), un electrodo negativo (el ánodo), un separador y un electrolito.El uso de diferentes productos químicos y materiales para estos afecta las propiedades de la batería: cuánta energía puede almacenar y generar, cuánta potencia puede proporcionar o la cantidad de veces que se puede descargar y recargar (también llamada capacidad de ciclo).
Las compañías de baterías experimentan constantemente para encontrar productos químicos que sean más baratos, más densos, más ligeros y más potentes.Hablamos con Patrick Bernard, director de investigación de Saft, quien explicó tres nuevas tecnologías de baterías con potencial transformador.
BATERÍAS DE IONES DE LITIO DE NUEVA GENERACIÓN
¿Qué es?
En las baterías de iones de litio (li-ion), el almacenamiento y la liberación de energía son proporcionados por el movimiento de los iones de litio desde el electrodo positivo al negativo de un lado a otro a través del electrolito.En esta tecnología, el electrodo positivo actúa como fuente inicial de litio y el electrodo negativo como anfitrión del litio.Varias químicas se agrupan bajo el nombre de baterías de iones de litio, como resultado de décadas de selección y optimización casi a la perfección de materiales activos positivos y negativos.Los óxidos o fosfatos de metales litiados son los materiales más comunes utilizados como materiales positivos presentes.Como materiales negativos se utilizan grafito, pero también grafito/silicio u óxidos de titanio litiados.
Con los materiales y diseños de celdas reales, se espera que la tecnología de iones de litio alcance un límite de energía en los próximos años.Sin embargo, los descubrimientos muy recientes de nuevas familias de materiales activos disruptivos deberían desbloquear los límites actuales.Estos compuestos innovadores pueden almacenar más litio en electrodos positivos y negativos y permitirán por primera vez combinar energía y potencia.Además, con estos nuevos compuestos también se tiene en cuenta la escasez y criticidad de las materias primas.
¿Cuáles son sus ventajas?
Hoy en día, entre todas las tecnologías de almacenamiento de última generación, la tecnología de baterías de iones de litio permite el nivel más alto de densidad de energía.Los rendimientos, como la carga rápida o la ventana de operación de temperatura (-50 °C hasta 125 °C), se pueden ajustar con la gran variedad de diseños y químicas de celdas.Además, las baterías de iones de litio muestran ventajas adicionales, como una autodescarga muy baja y una vida útil muy larga y un rendimiento cíclico, normalmente miles de ciclos de carga/descarga.
¿Cuándo podemos esperarlo?
Se espera que la nueva generación de baterías de iones de litio avanzadas se despliegue antes que la primera generación de baterías de estado sólido.Serán ideales para su uso en aplicaciones tales como sistemas de almacenamiento de energía pararenovablesy transporte (marina, vias ferreas,aviacióny movilidad fuera de carretera) donde la alta energía, la alta potencia y la seguridad son obligatorias.
BATERÍAS DE LITIO-AZUFRE
¿Qué es?
En las baterías de iones de litio, los iones de litio se almacenan en materiales activos que actúan como estructuras anfitrionas estables durante la carga y la descarga.En las baterías de litio-azufre (Li-S), no hay estructuras anfitrionas.Durante la descarga, el ánodo de litio se consume y el azufre se transforma en una variedad de compuestos químicos;durante la carga, se lleva a cabo el proceso inverso.
¿Cuáles son sus ventajas?
Una batería de Li-S utiliza materiales activos muy ligeros: azufre en el electrodo positivo y litio metálico como electrodo negativo.Por eso su densidad energética teórica es extraordinariamente alta: cuatro veces mayor que la del ion-litio.Eso lo convierte en una buena opción para las industrias de la aviación y el espacio.
Saft ha seleccionado y favorecido la tecnología Li-S más prometedora basada en electrolitos de estado sólido.Este camino técnico aporta una densidad de energía muy alta, una larga vida útil y supera los principales inconvenientes del Li-S de base líquida (vida limitada, alta autodescarga, …).
Además, esta tecnología es complementaria a la de iones de litio en estado sólido gracias a su densidad de energía gravimétrica superior (+30% en juego en Wh/kg).
¿Cuándo podemos esperarlo?
Ya se han superado las principales barreras tecnológicas y el nivel de madurez está progresando muy rápidamente hacia prototipos a escala real.
Para aplicaciones que requieren una batería de larga duración, se espera que esta tecnología llegue al mercado justo después del ion-litio de estado sólido.
BATERÍAS DE ESTADO SÓLIDO
¿Qué es?
Las baterías de estado sólido representan un cambio de paradigma en términos de tecnología.En las baterías de iones de litio modernas, los iones se mueven de un electrodo a otro a través del electrolito líquido (también llamado conductividad iónica).En las baterías de estado sólido, el electrolito líquido se reemplaza por un compuesto sólido que, sin embargo, permite que los iones de litio migren dentro de él.Este concepto no es nuevo, pero en los últimos 10 años, gracias a una intensa investigación a nivel mundial, se han descubierto nuevas familias de electrolitos sólidos con una conductividad iónica muy alta, similar al electrolito líquido, que permiten superar esta particular barrera tecnológica.
Este Dia,seguroLos esfuerzos de investigación y desarrollo se centran en 2 tipos principales de materiales: polímeros y compuestos inorgánicos, con el objetivo de lograr la sinergia de las propiedades físico-químicas, como la procesabilidad, la estabilidad, la conductividad...
¿Cuáles son sus ventajas?
La primera gran ventaja es una marcada mejora en la seguridad a nivel de celda y batería: los electrolitos sólidos no son inflamables cuando se calientan, a diferencia de sus contrapartes líquidas.En segundo lugar, permite el uso de materiales innovadores de alto voltaje y alta capacidad, lo que permite baterías más densas y livianas con una mejor vida útil como resultado de una autodescarga reducida.Además, a nivel de sistema, traerá ventajas adicionales como la mecánica simplificada y la gestión térmica y de seguridad.
Como las baterías pueden exhibir una alta relación potencia-peso, pueden ser ideales para su uso en vehículos eléctricos.
¿Cuándo podemos esperarlo?
Es probable que varios tipos de baterías de estado sólido lleguen al mercado a medida que continúa el progreso tecnológico.Las primeras serán baterías de estado sólido con ánodos a base de grafito, que brindarán un mejor rendimiento energético y seguridad.Con el tiempo, las tecnologías de baterías de estado sólido más livianas que utilizan un ánodo de litio metálico deberían estar disponibles comercialmente.
Hora de publicación: 03-ago-2022