Hay dos cosas que quieren los fabricantes de vehículos eléctricos: baterías que cuestan menos y baterías con mayor densidad de energía. (Sería bueno que no tuvieran tendencia a incendiarse también). Desafortunadamente, esos dos objetivos son prácticamente excluyentes entre sí. Las baterías de fosfato de hierro y litio cuestan menos, pero tienen una densidad de energía relativamente baja. Las baterías de iones de litio convencionales que incluyen cobalto, níquel u otros minerales tienen la densidad de energía más alta disponible, pero son caras. El mercado está comenzando a divergir, con las baterías más costosas en automóviles de alta gama y las que cuestan menos se utilizan para alimentar modelos menos costosos.
Lo que hay que tener en cuenta es que se están realizando investigaciones sobre baterías en laboratorios de todo el mundo. Se están explorando muchas posibilidades, pero ninguna ha llegado al punto en que esté lista para la producción en cantidades comerciales. Otro factor a tener en cuenta es que los fabricantes de baterías han invertido miles de millones en el equipo que fabrica las celdas de las baterías. Cualquier nueva tecnología que no pueda utilizar el proceso de producción existente tendrá una fría recepción por parte de la industria.
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Baterías de iones de sodio
Las baterías de iones de sodio han existido casi tanto tiempo como las baterías de iones de litio. El sodio es 300 veces más abundante que el litio, lo que lo hace mucho menos costoso, pero las primeras baterías de iones de sodio tenían una densidad de energía baja y una vida útil corta. El ión de litio se convirtió en el favorito de la industria del almacenamiento de energía y el sodio fue relegado a los remansos de la investigación de baterías.
Pero las cosas están cambiando. En julio de este año, CATL anunció que había desarrollado celdas de batería de iones de sodio con una densidad de energía de 160 Wh / kg. Las mejores celdas de iones de litio pueden almacenar 240 Wh / kg, pero las celdas LFP están cerca de esa cifra de 160 Wh / kg. CATL dice que planea aumentar la densidad de energía de sus baterías de sodio hasta 200 Wh / kg para cuando comience la producción en 2023. En agosto, el Ministerio de Industria y Tecnología de la Información de China dijo que daría prioridad al desarrollo, estandarización y comercialización de sodio -Tecnología de iones.
Las baterías de sodio prometen tener una vida útil más larga y tiempos de carga más rápidos que otras baterías, según el El Correo de Washington, que afirma que podrían ser de un 30 a un 50% menos costosos que las celdas de batería actuales. Pensemos en eso por un momento. Más barato, más duradero, carga rápida, densidad de energía adecuada: ¿qué no le puede gustar? Es posible que no se usen en un Tesla Model S Plaid, pero podrían encontrar un hogar en vehículos con un precio de venta inferior a $ 20,000. ¿Cuál preferiría tener, unos cientos de Model S Plaids repartidos por todo el mundo, o varios millones de coches eléctricos de bajo coste y muy eficientes?
Baterías de litio y azufre
Las baterías de litio-azufre tienen una densidad de energía de hasta 600 Wh / kg, más del doble de las mejores baterías de iones de litio disponibles. Imagínese lo que eso podría significar. Serían posibles automóviles con 800 millas de alcance o más. Eso es bueno. Pero las baterías Li-S tienden a comerse sus electrodos. Eso es malo.
Investigadores de la Universidad de Monash en Melbourne, Australia, creen que han resuelto el problema agregando una pequeña dosis de azúcar a la fórmula utilizada para fabricar los electrodos de las baterías Li-S. “En menos de una década, esta tecnología podría dar lugar a vehículos, incluidos autobuses y camiones eléctricos, que puedan viajar de Melbourne a Sydney sin recargarse. También podría permitir la innovación en drones agrícolas y de entrega donde el peso ligero es primordial ”, dice el profesor Mainak Majumder. El impulsado. La investigación ha sido publicada recientemente en la revista Comunicaciones de la naturaleza. Los investigadores encontraron que agregar glucosa, procedente del azúcar, protege los electrodos contra la contaminación de los compuestos de azufre dentro de la batería.
A veces, la ciencia puede encontrar inspiración en el pasado. Los investigadores dicen que fueron influenciados por un informe geoquímico publicado en 1988 que describía que ahora las sustancias a base de azúcar tenían la capacidad de resistir la degradación en los sedimentos cuando formaban enlaces químicos con sulfuros. Probaron nuevos prototipos de baterías Li-S y descubrieron que lograron superar a los equivalentes de iones de litio durante al menos 1,000 ciclos de carga / descarga.
“Cada carga dura más, lo que prolonga la vida útil de la batería”, dice el primer autor Yingyi Huang. “Y la fabricación de baterías no requiere materiales exóticos, tóxicos y costosos”. El coautor Mahdokht Shaibani agrega que quedan desafíos clave que deben superarse antes de que las baterías Li-S entren en producción comercial. “Si bien nuestro equipo ha resuelto muchos de los desafíos en el lado del cátodo de la batería, todavía se necesita más innovación en la protección del ánodo de metal de litio para permitir la adopción a gran escala de esta tecnología prometedora, innovaciones que pueden ser correctas A la vuelta de la esquina.”
La investigación ha sido apoyada por la subsidiaria australiana del Enserv Group, con sede en Tailandia, que espera eventualmente fabricar las baterías de litio y azufre en Australia. “Estaríamos buscando utilizar la tecnología para ingresar al creciente mercado de vehículos eléctricos y dispositivos electrónicos”, dice Mark Gustowski, director gerente de Enserv Australia. “Planeamos fabricar las primeras baterías de litio y azufre en Australia utilizando litio australiano en unos cinco años”.
Ánodos de desperdicio de alimentos
Los investigadores de Virginia Tech dicen que han encontrado una manera de fabricar ánodos de batería a partir de desechos de alimentos. “Esta investigación podría ser una pieza del rompecabezas para resolver los problemas de energía sostenible de las baterías recargables”, dice Haibo Huang, profesor asociado en el departamento de ciencia y tecnología de los alimentos en la Facultad de Agricultura y Ciencias de la Vida de VT. “La demanda de estas baterías reutilizables se ha disparado y necesitamos encontrar una manera de reducir los impactos ambientales de las baterías”.
Con base en los resultados preliminares, los investigadores encontraron que el componente de fibra en los desechos de alimentos era la clave para desarrollar materiales de carbono avanzados que podrían usarse como ánodo de batería, el terminal negativo de una batería. “Nuestro enfoque único de utilizar materiales de carbono derivados de desechos agrícolas para albergar metales alcalinos, como el litio y el sodio, traerá importantes avances en el procesamiento de desechos agrícolas y la tecnología de baterías”, dice el profesor Feng Lin, según un informe de Redes tecnológicas.
Los dos investigadores tuvieron la idea de utilizar los desperdicios de comida mientras jugaban baloncesto. “Pensamos por qué no convertir los desechos de alimentos en materiales de batería debido a la cantidad de desechos de alimentos que hay en todo el mundo”, dice Huang. “La mayoría de estos desechos se tiran a la basura y luego se envían a vertederos. Solo tenemos que solucionar el lado de la batería. Como ingeniero de procesamiento de alimentos, puedo modificar la composición de los alimentos. Podría eliminar las proteínas y los lípidos, junto con algunos de los minerales, para ver cómo afecta el rendimiento de la batería “.
Probaron diferentes tipos de desechos de alimentos para ver si alguno podía usarse con éxito para fabricar baterías. Descubrieron que cuando se eliminaban ciertos compuestos de la ecuación, los compuestos esenciales de celulosa, hemicelulosas y lignina podían funcionar para una batería después de ser tratados térmicamente.
Los usos iniciales previstos de la tecnología son para soluciones de almacenamiento de energía asequibles para centros de datos u otras instalaciones de almacenamiento de energía grandes donde el tamaño de la batería no es un factor. Su investigación se centrará en reducir las impurezas en el carbono que actualmente resulta del proceso que inventaron.
“Tenemos la oportunidad de resolver dos problemas urgentes en dos industrias diferentes”, dice Huang. “Ya se invierte mucha energía en la producción y el transporte de alimentos en la cadena de suministro de alimentos. Debemos recuperar el valor del desperdicio de alimentos. Esta es la oportunidad perfecta, ya que la producción de baterías busca materiales diferentes al carbono tradicional ”.
Y luego está Toyota
Imagen cortesía de Toyota
Finalmente, en el compendio de noticias sobre baterías de hoy llega la noticia de que Toyota ha decidido invertir fuertemente en tecnología y producción de baterías. Sabemos que Toyota tiene el ojo puesto en las baterías de estado sólido, al igual que prácticamente todos los demás fabricantes de automóviles del mundo. Las baterías de estado sólido reemplazan la pasta semilíquida que realmente almacena electrones con un polímero flexible. El resultado es una batería que es menos propensa al sobrecalentamiento que puede provocar incendios, así como mejoras en el rendimiento de carga y la duración de la batería. Pero la tecnología aún no ha llegado, aunque empresas como QuantumScape, StoreDot y Sakti3 creen que están cerca.
De acuerdo a El borde, Toyota anunció esta semana que invertirá $ 13.6 mil millones para crear 10 líneas de producción de baterías para 2025. Finalmente, la compañía dice que puede tener hasta 70 instalaciones de fabricación de baterías en todo el mundo que podrían producir 200 GWh de baterías al año. Para poner eso en perspectiva, Volkswagen y Ford esperan que la producción de baterías para sus vehículos eléctricos alcance los 240 GWh por año para 2030.
Toyota espera que sus inversiones puedan ayudar a reducir el costo de las baterías en un 30% gracias a las mejoras en los materiales y diseños de las celdas. También planea fabricar autos eléctricos que sean más eficientes, lo que resultará en un 30% menos de energía consumida por kilómetro. “A través de este desarrollo integrado de vehículos y baterías, nuestro objetivo es reducir el costo de la batería por vehículo en un 50 por ciento en comparación con el Toyota BZ4X en la segunda mitad de la década de 2020”, dice Masahiko Maeda, director de tecnología de la compañía.
¿Es esto una señal de que el poderoso Toyota finalmente ha renunciado a la tecnología de celdas de combustible de hidrógeno para sus automóviles de pasajeros? Esperemos que así sea, aunque una cierta animosidad hacia los autos eléctricos impregna la compañía desde la oficina del CEO Akio Toyoda hacia abajo. Recientemente, Toyota ha sido acusada de emplear a cabilderos para retrasar o descarrilar la iniciativa del coche eléctrico del presidente Joe Biden.
La comida para llevar
El mundo de la tecnología de la batería está cambiando tan rápido que es difícil mantenerse al día con las últimas noticias. La única pregunta es si las baterías más baratas, más duraderas y de carga más rápida llegarán al mercado a tiempo para impulsar la revolución de los vehículos eléctricos. Es demasiado tarde para hablar de nuevas tecnologías que pueden estar disponibles en 10 o 15 años. El mundo necesita vehículos eléctricos ahora.
Una pregunta interesante es ¿qué pasará con las empresas de combustibles fósiles a medida que más coches eléctricos salgan a la carretera? Recientemente informamos que los vehículos eléctricos desplazaron 500 millones de galones de gasolina en los EE. UU. El año pasado. Eso, amigos, es mucha gasolina, y es un mal augurio para la industria y las noticias empeorarán a medida que Ford y GM están a punto de lanzar nuevos autos y camionetas eléctricas al mercado. El ritmo de la innovación es rápido y se acelera. La edad de oro del transporte eléctrico está a la vuelta de la esquina y cada día se acerca más.
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Y ahora, nos vemos en una nueva vez. ¡Nos vemos!