Energía
Las baterías de sodio están en auge, pero el ion de litio podría seguir siendo dominante gracias al indio
¿El renacimiento del ion de litio?
Un descubrimiento reciente de investigadores de Cornell University podría devolver la tecnología de ion de litio a la carrera por la batería perfecta. Han descubierto que usar un material de ánodo de indio permitiría una carga extremadamente rápida de las baterías de ion de litio.
Las baterías de ion de litio han dominado, hasta ahora, el diseño de baterías para dispositivos electrónicos pequeños y los primeros modelos de vehículos eléctricos. Sin embargo, algunas limitaciones de la tecnología han llevado a la industria a buscar alternativas, como baterías de ion de sodio o de estado sólido. Usar indio eliminaría un problema clave para la adopción masiva de los vehículos eléctricos: la ansiedad de autonomía. La mayoría de los usuarios de VE temen quedarse sin batería antes de llegar a una estación de carga. Por ello, tienden a buscar un paquete de baterías muy potente, lo que añade peso y coste al coche.
Otro problema es el tiempo que lleva cargar la batería. Esto puede ser una preocupación importante para viajes de larga distancia o aplicaciones comerciales. También reduce la disponibilidad de estaciones de carga, ya que cada “tanque lleno” requiere tiempo y mantiene el cargador de VE indisponible.
Por lo tanto, una tecnología de baterías de ion de litio que se cargue más rápido podría ayudar a reducir el costo de los VE, aliviar la ansiedad de autonomía y mejorar las capacidades de la red de carga.
¿Baterías de indio al rescate?
La investigación fue realizada por el equipo de Lynden A. Archer en la Smith School of Chemical and Biomolecular Engineering de Cornell, con el autor principal Shuo Jin, estudiante de doctorado en ingeniería química y biomolecular.
En su publicación “Fast-charge, long-duration storage in lithium batteries” explican su enfoque. Se centraron en la cinética (velocidad) de las reacciones electroquímicas, específicamente el “número de Damköhler”. Al observar las tasas de transporte en estado sólido, descubrieron que el indio era un candidato muy bueno para baterías de carga rápida. Actualmente, el indio se usa mayormente en pantallas LCD y otras aplicaciones de alta tecnología como la fotovoltaica, la criogenia y las varillas de control de reactores nucleares.
El indio es un buen metal para usar en ánodos debido a su rápida difusión y a la lenta cinética de reacción superficial, lo que se traduce en una carga rápida para la batería.
¿El indio, un primer paso hacia baterías diseñadas por IA?
Los ánodos de indio podrían permitir reducir la ansiedad de autonomía, lo que a su vez disminuiría la necesidad de paquetes de baterías muy grandes y pesados. Sin embargo, el propio indio es un metal muy pesado y denso.
Por eso, el profesor Archer también considera el descubrimiento de su equipo sobre el indio como un punto de partida.
“Allí yace una oportunidad para la modelización de química computacional, quizás usando herramientas de IA generativa, para aprender qué otras químicas de materiales ligeros podrían lograr los mismos números de Damköhler intrínsecamente bajos.
Por ejemplo, ¿existen aleaciones metálicas que nunca hayamos estudiado y que posean las características deseadas?”
Aprovechar los avances de la IA para encontrar nuevos materiales de baterías es una idea realista, como han demostrado los investigadores de PNNL (Pacific Northwest National Laboratory). En nuestro artículo “Changing the Timeline for Discoveries through Use of Artificial Intelligence (AI)”, discutimos cómo utilizaron varias IA de química predictiva para filtrar 32 millones de ideas en menos de 80 horas, lo que condujo al descubrimiento de un nuevo electrolito para baterías.
Así que quizá la misma técnica pueda usarse, enfocándose en el número de Damköhler para encontrar materiales que rindan tan bien como el indio, pero menos pesados.
Existencias del ciclo de vida de las baterías
1. Arcadium Lithium (Fusión de Allkem + Livent)
(ALTM )
Arcadium es el resultado de la fusión de iguales entre los líderes de la minería de litio Allkem y Livent, convirtiéndose en el tercer mayor productor de litio del mundo. La fusión crea una empresa presente en todas las etapas de la producción y el procesamiento del litio.
La producción de la compañía se encuentra mayormente en Argentina, en el triángulo del litio (Chile, Argentina, Bolivia) en forma de salmuera, con algo de litio de roca dura en Canadá y Australia.
Fuente: Arcadium
El litio es una materia prima que recientemente ha sufrido precios bajos, ya que grandes fabricantes de automóviles como Ford o GM han ralentizado sus planes de VE. Al mismo tiempo, se acusa a fabricantes chinos de VE como BYD de inundar los mercados extranjeros con VE de bajo costo, lo que podría desencadenar una nueva ola de adopción de VE en los próximos años. Por ejemplo, el BYD Seagull de 10.000 € que llega a Europa este año.
Por lo tanto, la actual debilidad de precios del litio podría no ser permanente.
2. CATL
CATL es el líder mundial en fabricación de baterías, produciendo más de la mitad del volumen global de baterías. La empresa está presente en cada paso de la cadena de suministro de fabricación de baterías y es líder en tecnología de baterías.
Esto es cierto para las baterías de ion de litio, donde la compañía es un líder establecido desde hace mucho tiempo. CATL también ha anunciado avances impresionantes en varios otros tipos de baterías :
- Una batería ultra de larga vida de 12.000 ciclos para almacenamiento de energía a escala de servicios públicos, con 18.000 ciclos como objetivo a largo plazo.
- Una batería LFP (fosfato de hierro y litio) de 700 km que carga 400 km de autonomía en 10 minutos.
- Una batería de 500 Wh/kg, que potencialmente permite la electrificación de aviones de pasajeros
- Producción masiva de baterías de ion de sodio de 160 Wh/kg, con un objetivo de 200 Wh/kg.
Fuente: CATL
CATL también ha invertido €3.25 mil millones en capacidades de reciclaje de baterías en China. CATL ha logrado notablemente una tasa de recuperación de 99,6 % para níquel, cobalto, manganeso y 91 % para litio.
Gracias a su escala, enfoque y logros en I&D, es probable que CATL esté a la vanguardia de la innovación, fabricación y reciclaje de baterías. Esto lo convierte en un socio clave para los fabricantes de VE, incluidos Tesla, NIO, Ford, Stellantis, etc.
3. BYD
Un rival de larga data de Tesla en el mercado de VE, BYD se ha convertido en un competidor serio no solo para Tesla sino para prácticamente todos los fabricantes de automóviles.
La compañía evolucionó desde su origen como proveedor de baterías para teléfonos hasta vender casi tantos VE como Tesla en China (el mayor mercado de VE del mundo) y ser el VE más vendido en Tailandia, Suecia, Australia, Nueva Zelanda, Singapur, Israel y Brasil.
BYD es una gran parte de la razón por la que China se convirtió repentinamente en el mayor exportador de automóviles del mundo en 2023, superando a Japón. La agresiva expansión internacional de la compañía también se lleva a cabo mediante nuevas fábricas, como en Hungría. Y con el lanzamiento de coches de $10.000‑$12.000 como el Seagull, podría abrirse un mercado totalmente nuevo para los VE de BYD.
Fuente: By User3204 – Own work, CC BY-SA 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=142412738
Aún en su esencia, como fabricante de baterías, BYD es un serio rival de CATL en el mercado de baterías LFP, con una cuota de mercado del 41,1 % en China (en comparación con el 33,9 % de CATL).
La “inundación” de VE baratos producidos por BYD en los mercados europeos y estadounidenses probablemente será recibida con cierto nivel de proteccionismo, lo que podría obstaculizar el crecimiento de BYD. Pero, al mismo tiempo, los VE chinos baratos ya son un gran éxito en el resto del mundo, que no cuenta con muchos fabricantes locales que proteger, incluyendo toda Sudamérica, Rusia, África, Oriente Medio y el Sudeste Asiático.
Esto representa varios miles de millones de clientes potenciales para BYD, que viven en países deseosos de lograr un equilibrio geopolítico y mantenerse en buenos términos tanto con Occidente como con China, por lo que es poco probable que se creen barreras proteccionistas demasiado fuertes.
