Aprovechar el poder de la investigación y el desarrollo de baterías para combatir el cambio climático

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Entre las estrategias más poderosas de nuestra nación para abordar el cambio climático se encuentran electrificar el transporte y acelerar la generación de energía limpia. Ambas estrategias tienen una cosa esencial en común: su éxito depende de los avances en las tecnologías de baterías. Las baterías económicas y de carga rápida son clave para impulsar la adopción de vehículos totalmente eléctricos e híbridos enchufables, mientras que el almacenamiento de baterías de alta densidad de energía es necesario para abordar la intermitencia de la energía solar y eólica y hacer que la red sea más receptiva.

En EERE, nuestras inversiones en investigación y desarrollo a lo largo de la última década han producido avances en el costo y el rendimiento de la batería, al tiempo que reducen el peso y mejoran la capacidad de fabricación. Ahora, en colaboración con otras oficinas del DOE, así como con otras agencias federales, nos estamos basando en este historial para inspirar nuevos avances en baterías y promover el viaje hacia un futuro de energía limpia. Hoy, en el Día Nacional de la Batería, quiero destacar el trabajo innovador e impactante que se está realizando en EERE para derribar las barreras tecnológicas y acelerar la transformación del mercado.

EERE y socios liderando la carga

EERE se compromete a garantizar que los avances en las tecnologías de baterías beneficien a todos. Para lograr esto, se están realizando esfuerzos para reducir el costo, el volumen y el peso de las baterías, al mismo tiempo que se mejora el rendimiento de las baterías (potencia, energía y durabilidad) y la capacidad para tolerar condiciones de abuso. Lograr estos objetivos requerirá una serie de estrategias e iniciativas, trabajando con socios que compartan la visión de lo que las baterías son capaces de hacer.

Durante los últimos 10 años, el compromiso del DOE con la I + D de baterías ha ayudado a reducir el costo de las baterías de iones de litio en aproximadamente un 85%.[1]

Un esfuerzo clave es el Consorcio federal para baterías avanzadas (FCAB), que proporciona un marco para la cooperación y coordinación entre las agencias federales que tienen interés en desarrollar tecnología avanzada de baterías y establecer un suministro nacional de baterías de litio. Además del DOE, FCAB incluye los Departamentos de Comercio, Defensa y Estado. Cada agencia contribuye con sus fortalezas hacia un compromiso compartido de utilizar baterías avanzadas como medio para combatir el cambio climático.

Dentro del DOE, EERE es copresidente del Gran desafío de almacenamiento de energía (ESCG), un programa integral para acelerar el desarrollo, comercialización y utilización de tecnologías de almacenamiento de energía de próxima generación. Lanzado en 2020, el ESGC también está copresidido por la Oficina de Electricidad e incluye la Oficina de Ciencias, la Oficina de Energía Fósil, la Oficina de Energía Nuclear, la Oficina de Transiciones Tecnológicas, ARPA-E, la Oficina de Políticas y los Programas de Préstamos. Office y la Oficina del Director Financiero. Recientemente, la ESGC lanzó el Hoja de ruta de ESGC, que estableció el objetivo de desarrollar y fabricar a nivel nacional tecnologías de almacenamiento de energía que puedan satisfacer todas las demandas del mercado de EE. UU. para 2030. La Hoja de ruta estableció objetivos de costos agresivos que representan una reducción del 44 por ciento de los costos actuales de baterías, sentando las bases para vehículos eléctricos más competitivos en costos y beneficiando potencialmente la producción, el rendimiento y la seguridad de las baterías para aplicaciones estacionarias.

Reciclaje de baterías y materiales críticos

Los materiales críticos, incluidos los elementos de tierras raras con propiedades magnéticas, catalíticas y luminiscentes únicas, son recursos clave necesarios para fabricar productos para la economía de energía limpia, incluidas turbinas eólicas, paneles solares, vehículos eléctricos e iluminación de bajo consumo. Sin embargo, las interrupciones de la cadena de suministro y las fluctuaciones de precios asociadas con estos valiosos recursos introducen incertidumbre e inestabilidad en la producción de estas tecnologías esenciales. En el caso de las baterías de iones de litio, por ejemplo, los suministros fiables de litio y cobalto son vitales para la fabricación de productos utilizados para vehículos eléctricos y almacenamiento de energía en la red.

DOE emplea diversas estrategias para abordar los desafíos críticos de los materiales. Una iniciativa importante es ReCell, el primer centro de I + D de reciclaje de baterías de iones de litio del país, inaugurado por la Oficina de Tecnologías de Vehículos de EERE y con sede en el Laboratorio Nacional de Argonne. En el futuro, hasta el 40% de los materiales críticos de las baterías se pueden suministrar a partir de baterías recicladas, lo que la convierte en una de las tecnologías de baterías más importantes que Estados Unidos necesita desarrollar. ReCell busca acelerar el crecimiento de un mercado de reciclaje rentable para vehículos eléctricos usados, productos electrónicos y baterías de almacenamiento estacionarias mediante el desarrollo de tecnologías novedosas. Estas tecnologías utilizarían métodos de procesamiento que consumen menos energía y capturarán formas más valiosas de materiales para su reutilización directa en baterías. A través de ReCell, investigadores de la industria, el mundo académico y los laboratorios nacionales probarán nuevas técnicas de reciclaje. Los procesos más prometedores se demostrarán a escala piloto y los procesos validados estarán disponibles para licenciarlos a la industria.

Premio al reciclaje de iones de litio

El Premio de Reciclaje de Baterías lanzó recientemente la Fase III, donde los siete equipos restantes se asociarán con expertos de la industria y los Laboratorios Nacionales del DOE para respaldar su validación piloto.

Además, el DOE utiliza un concurso de premios para impulsar la innovación en el reciclaje de baterías. los Premio al reciclaje de baterías de iones de litio, administrado por el Laboratorio Nacional de Energía Renovable, está diseñado para inspirar soluciones para recolectar, almacenar y transportar baterías de iones de litio desechadas para su eventual reciclaje. El objetivo es desarrollar y demostrar procesos que, cuando se escalan, tienen el potencial de capturar de manera rentable el 90 por ciento de todas las baterías de litio desechadas o gastadas en los Estados Unidos y reintroducir materiales clave en la cadena de suministro de los Estados Unidos. Los conceptos innovadores que están desarrollando los premiados darán una segunda vida a las baterías y recuperarán recursos para reutilizarlos una y otra vez.

Otra estrategia es la Instituto de Materiales Críticos (CMI), fundada por DOE y dirigida por Ames National Laboratory. CMI centra sus esfuerzos de I + D multidisciplinarios sostenidos en temas como la diversificación del suministro de materiales críticos, el desarrollo de materiales sustitutos con contenido de materiales críticos menor o nulo y la mejora de la reutilización y el reciclaje de materiales críticos. También lleva a cabo investigaciones transversales para apoyar las necesidades científicas básicas habilitantes, abordar los problemas de sostenibilidad ambiental y evaluar la viabilidad social y económica de las soluciones de ciencia e ingeniería desarrolladas por CMI.

Empujando las fronteras

En EERE, aprovechamos la ciencia y la investigación para impulsar la agenda climática y energética del presidente Biden. Nuestras diversas estrategias para promover las tecnologías de almacenamiento de energía ilustran cómo la creatividad, junto con un sentido de urgencia, puede impulsar la transformación y el despliegue del mercado necesarios para abordar el cambio climático y mantener una economía de energía limpia. Podemos estar orgullosos de la base científica para el cambio que hemos establecido.

Por eso les deseo a todos … ¡Feliz Día Nacional de la Batería!

Sobre el Autor: Michael Berube supervisa el sector de transporte sostenible de EERE. Esta cartera se centra en la investigación y el desarrollo para aumentar el acceso a combustibles domésticos limpios para el transporte y mejorar la eficiencia energética, la conveniencia y la asequibilidad del transporte de personas y mercancías.

1 https://www.anl.gov/cse/batpac-model-software

Artículo cortesía del Departamento de Energía de EE. UU..

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