Cobalto desterrado de las nuevas baterías de vehículos eléctricos

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Con millones de automóviles de cero emisiones que saldrán a las calles en los próximos años, la carrera está en marcha para encontrar una fórmula para baterías de vehículos eléctricos de iones de litio que elimine el cobalto en favor de materiales más abundantes y menos costosos. Un buen aumento en el rendimiento ayudaría, pero ¿realmente puedes tener tu pastel de batería EV y también? Un equipo de investigadores estadounidenses aparentemente cree que sí.

Una nueva batería de vehículo EV abandona el cobalto para un alto rendimiento sin el equipaje (a través de ORNL).

¿Cuál es el problema con el uso de cobalto en baterías de vehículos eléctricos?

Aunque el presidente saliente (finalmente) Trump se ha presentado como un campeón de los combustibles fósiles, durante su mandato el Departamento de Energía de EE. UU. Intensificó sus programas de baterías de vehículos eléctricos con el objetivo de integrar millones más de vehículos de cero emisiones en la economía nacional en un futuro cercano. Esa no es una gran noticia para las partes interesadas del petróleo, pero oye, los últimos cuatro años han sido una locura para todos.

¿Donde estábamos? Ah, claro, eliminando el cobalto de las baterías de los vehículos eléctricos. El Departamento de Energía ha estado buscando formas de eliminar el cobalto de las nuevas baterías de vehículos eléctricos, y reafirmó ese compromiso en 2019 cuando emitió una nueva planificar baterías para vehículos eléctricos de próxima generación.

El plan de 2019 se centra directamente en el cobalto, que el Departamento de Energía ha identificado como un material crítico que tiene mayor riesgo de problemas en la cadena de suministro.

“El cobalto es uno de los materiales más comunes que se encuentran en los cátodos de las baterías de iones de litio y juega un papel importante en la estabilización del cátodo mientras la batería está en funcionamiento”, explica el Departamento de Energía, al tiempo que señala que “La República Democrática del Congo suministra cerca de 58 % del cobalto del mundo y el 80% de ese suministro va a China “.

“China es el principal productor mundial de cobalto refinado y un proveedor líder de importaciones de cobalto a Estados Unidos”, agrega la agencia.

Junto con los riesgos básicos de la cadena de suministro, el Departamento de Energía también señala áreas de preocupación adicional:

“Las prácticas mineras en el Congo han sido motivo de preocupación debido a la falta de salvaguardas ambientales, problemas laborales, de salud e incertidumbre política. Estos factores pueden limitar la disponibilidad de cobalto para la cadena de suministro y aumentar su demanda, lo que lleva a un rápido aumento de los precios de las baterías de iones de litio. El cobalto se considera el mayor riesgo de suministro de material para los vehículos eléctricos a corto y medio plazo “.

Eliminación del cobalto de las baterías de vehículos eléctricos

Bien, estamos convencidos. Según lo descrito por el Departamento de Energía, se ha logrado un progreso considerable en el camino hacia una batería sin cobalto.

“La primera generación de baterías de iones de litio para electrónica de consumo contenía cátodos con 60% de cobalto. La primera generación de baterías para vehículos eléctricos contenía un 33% de cobalto en cátodos, mientras que los cátodos comerciales actuales en las baterías para vehículos eléctricos contienen entre un 15% y un 20% de cobalto, y la industria está desarrollando activamente cátodos de cobalto al 10% ”, resumen.

Eso está muy bien, pero el plan de baterías de 2019 aún advirtió sobre los riesgos potenciales de la cadena de suministro con el crecimiento del mercado de vehículos eléctricos. Incluso un 10% de cobalto implica riesgos futuros en la cadena de suministro.

La batería Zero Cobalt

El plan de 2019 no fue todo pesimismo. El Departamento de Energía señaló que la investigación a través de su Oficina de Tecnologías de Vehículos ya redujo el costo de los paquetes de baterías de vehículos eléctricos en un 80% en solo unos pocos años, poniendo al alcance una meta a corto plazo de menos de $ 150 / kWh. También notaron mucho margen de mejora.

“El rendimiento actual de la tecnología de baterías está muy por debajo de sus límites teóricamente posibles. Existen oportunidades a corto plazo para desarrollar tecnologías innovadoras que tienen el potencial de reducir significativamente el costo de la batería y lograr el rendimiento operativo necesario para que los vehículos eléctricos logren competitividad en costos con los vehículos de gasolina ”, explicó el Departamento de Energía.

Las cosas ya han avanzado en el frente libre de cobalto. Para 2018, el níquel y el hierro se estaban convirtiendo en el foco de la investigación avanzada sobre almacenamiento de energía, y en 2019 IBM presentó una nueva batería sin cobalto,

Para ayudar a impulsar las cosas aún más, el plan del Departamento de Energía de 2019 incluyó una nueva ronda de financiamiento de $ 50 millones para la investigación avanzada de baterías con el objetivo de reemplazar el cobalto mientras se reducen los costos y se mejora el rendimiento, y parece que la inversión ya está comenzando a dar sus frutos.

El último desarrollo de baterías para vehículos eléctricos fue anunciado por el Laboratorio Nacional Oak Ridge del Departamento de Energía en Tennessee en diciembre. Se basa en una nueva clase de cátodos denominada NFA para níquel, hierro y aluminio.

Para aquellos de ustedes que no tienen a mano su tabla periódica de los elementos, el símbolo del hierro es Fe, que es la abreviatura de hierro de la palabra latina Ferrum, entonces es NFA y no NIA.

La fórmula de clase NFA se basa en investigaciones anteriores que insinúan que el níquel podría reducir o eliminar la necesidad de cobalto en una batería de litio.

“El niquelato de litio se ha investigado durante mucho tiempo como el material de elección para fabricar cátodos, pero sufre de inestabilidades estructurales y electroquímicas intrínsecas”, explica el científico principal de Oak Ridge, Ilias Belharouak. “En nuestra investigación, reemplazamos parte del níquel con hierro y aluminio para mejorar la estabilidad del cátodo. El hierro y el aluminio son materiales rentables, sostenibles y ecológicos ”.

“Estos cátodos novedosos están diseñados para ser de carga rápida, densos en energía, rentables y duraderos”, dice entusiasmado el laboratorio, al tiempo que insinúa que una batería EV sin cobalto no puede llegar lo suficientemente pronto.

Puede obtener todos los detalles jugosos de los estudios del equipo de investigación, publicados recientemente en las revistas Materiales avanzados y el Diario de fuentes de energía, pero no se emocione demasiado todavía. Como lo describió el laboratorio, el almacenamiento de energía de clase NFA aún se encuentra en las primeras etapas de investigación.

De hecho, adelante, anímate. Igualar el rendimiento del cobalto es solo una parte del rompecabezas de la batería del vehículo eléctrico. La otra parte es la facilidad de fabricación, y Oak Ridge creó la fórmula NFA como un reemplazo directo que se puede integrar en la red global de fabricación de cátodos.

Oye, ¿quién va a limpiar este desorden de batería de EV?

Hablando de fabricación, la otra cara de la moneda de la batería del vehículo eléctrico es la eliminación, preferiblemente mediante reciclaje.

Habrá mucho para reciclar. El Departamento de Energía espera que más de 100 millones de vehículos eléctricos estén en las carreteras para el 2030. Incluso con una vida útil relativamente larga, las baterías de los vehículos eléctricos tienen que agotarse tarde o temprano.

El mercado del reciclaje de baterías de litio se ha desarrollado lentamente. Según nuestros amigos de Espectro IEEE, a partir de 2019, alrededor de 180.000 toneladas métricas de baterías de iones de litio podrían haberse reciclado a nivel mundial, pero solo un poco más de 90.000 toneladas llegaron al centro de reciclaje.

Sin embargo, parece que la ayuda está en camino. IEEE informa que Canadá Ciclo de litio avanza para construir el la instalación de reciclaje de baterías más grande en América del Norte, que se ubicará en el antiguo complejo Eastman Kodak en Rochester, Nueva York.

“La planta tendrá una capacidad eventual de 25 kilotoneladas métricas de material de entrada, recuperando el 95 por ciento o más del cobalto, níquel, litio y otros elementos valiosos a través del proceso de cero emisiones y aguas residuales de la compañía”. IEEE notas.

Eso es solo para empezar. IEEE cita la firma consultora Almacenamiento de energía circular, que estima que el reciclaje de baterías de iones de litio ya está en proceso o en etapas de planificación para aproximadamente 100 empresas diferentes en todo el mundo.

Estén atentos para más información sobre esa nueva instalación de reciclaje de ciclo de litio, es una maravilla.

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Imagen: Nueva fórmula de batería para vehículos eléctricos sin cobalto a través del Laboratorio Nacional de Oak Ridge (crédito: Andy Sproles / ORNL, Departamento de Energía de EE. UU.).

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