{"id":35247,"date":"2022-03-11T12:36:59","date_gmt":"2022-03-11T12:36:59","guid":{"rendered":"https:\/\/www.takomabattery.com\/?p=35247"},"modified":"2022-04-20T02:15:57","modified_gmt":"2022-04-20T02:15:57","slug":"what-is-the-battery-material-of-the-future","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.takomabattery.com\/es\/what-is-the-battery-material-of-the-future\/","title":{"rendered":"\u00bfCu\u00e1l ser\u00e1 el material de las pilas del futuro?"},"content":{"rendered":"
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\u00bfCu\u00e1l ser\u00e1 el material de las pilas del futuro?<\/h1>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/section>\n\t\t\t\t
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  1. El n\u00edquel y el cobalto son escasos y caros<\/a><\/li>
  2. Se espera escasez de cobalto y n\u00edquel<\/a><\/li>
  3. Cu\u00e1l es la salida de los materiales de las pilas en el futuro<\/a><\/li>
  4. Introducci\u00f3n a los materiales alternativos<\/a><\/li>
  5. Conclusi\u00f3n<\/a><\/li><\/ol><\/div>

    Los veh\u00edculos el\u00e9ctricos necesitan una fuente de energ\u00eda. La energ\u00eda espec\u00edfica, la duraci\u00f3n, la seguridad y el precio de las bater\u00edas de alimentaci\u00f3n son cruciales para el desarrollo de veh\u00edculos el\u00e9ctricos puros. La bater\u00eda de iones de litio tiene las ventajas de una alta energ\u00eda espec\u00edfica, baja autodescarga y larga duraci\u00f3n, y es actualmente la bater\u00eda m\u00e1s pr\u00e1ctica para veh\u00edculos el\u00e9ctricos.<\/p>

    Tras m\u00e1s de 20 a\u00f1os de avances cient\u00edficos y tecnol\u00f3gicos, el rendimiento de las bater\u00edas de litio ha mejorado enormemente. La densidad espec\u00edfica de energ\u00eda de las bater\u00edas de litio casi se ha triplicado, pasando de menos de 200Wh\/L a m\u00e1s de 700Wh\/L. El coste de producci\u00f3n es aproximadamente 3% del original, y el coste de producci\u00f3n actual puede controlarse para que sea inferior a 150$\/kWh.<\/p>

    Pero sigue estando por encima del objetivo previsto por el DOE de $100\/kWh. La bater\u00eda el\u00e9ctrica actual con una potencia de 50-100KW.h pesa unos 600 kilogramos y tiene un volumen de unos 500L.<\/p>

    Dado que la densidad energ\u00e9tica de las bater\u00edas de litio actuales se acerca al m\u00e1ximo te\u00f3rico, la mejora de la densidad energ\u00e9tica de las LIB se est\u00e1 ralentizando gradualmente. El r\u00e1pido crecimiento del mercado de las bater\u00edas hace a\u00fan m\u00e1s inalcanzable la reducci\u00f3n del precio de las LIB.<\/p>

    \"La<\/p>

    Por el contrario, el aumento de la producci\u00f3n de bater\u00edas de litio casi ha cuadruplicado el precio del cobalto en los dos \u00faltimos a\u00f1os, de $22 a $81 el kilogramo.<\/p>

    El aumento de la demanda en el mercado y la r\u00e1pida subida de los precios han animado a algunos productores a hacer recortes y violar las normas medioambientales y de seguridad. En China, por ejemplo, el polvo liberado por las minas de grafito ha da\u00f1ado cultivos y contaminado pueblos y el agua potable.<\/p>

    En \u00c1frica, algunos propietarios de minas explotan el trabajo infantil, a menudo infringiendo la ley en peque\u00f1as minas que carecen de equipos de protecci\u00f3n como m\u00e1scaras antig\u00e1s y extraen el mineral a mano. Algunas empresas, como BMW, tienen pol\u00edticas estrictas de supervisi\u00f3n de sus proveedores de cobalto, mientras que otros fabricantes de veh\u00edculos el\u00e9ctricos no las tienen.<\/p>

    La soluci\u00f3n m\u00e1s f\u00e1cil a todo esto es desarrollar tipos de electrodos alternativos y baratos para metales de uso com\u00fan como el hierro y el cobre. Seg\u00fan el profesor Gleb Yushin y sus colegas del Georgia Institute of Technology de Atlanta, los \"materiales cat\u00f3dicos de tipo conversi\u00f3n\" m\u00e1s prometedores son los fluoruros de cobre o hierro o el silicio.<\/p>

    Almacenan litio qu\u00edmicamente, pero la tecnolog\u00eda est\u00e1 a\u00fan en sus primeras fases. Para su aplicaci\u00f3n pr\u00e1ctica deben superarse problemas de estabilidad, velocidad de carga y fabricaci\u00f3n.<\/p>

    El profesor Gleb Yushin hizo un llamamiento a cient\u00edficos de materiales, ingenieros y organismos de financiaci\u00f3n para que den prioridad a la investigaci\u00f3n y el desarrollo de electrodos basados en elementos abundantes. De lo contrario, el despliegue de los veh\u00edculos el\u00e9ctricos sufrir\u00e1 un duro golpe dentro de una d\u00e9cada.<\/p>

    \"Mineral<\/p>

    El n\u00edquel y el cobalto son escasos y caros<\/h2>

    En las bater\u00edas comerciales actuales para veh\u00edculos el\u00e9ctricos, los iones de litio quedan atrapados en diminutos huecos de los cristales que forman los electrodos (se denominan electrodos intercalados). El electrodo negativo suele ser de grafito y el positivo, de \u00f3xidos met\u00e1licos.<\/p>

    Entre los materiales cat\u00f3dicos ternarios comunes se encuentran el \u00f3xido de n\u00edquel cobalto aluminio (NCA, como LiNi0,8Co0,15Al0,05O2) o el \u00f3xido de n\u00edquel cobalto manganeso (NCM, como LiNi0,6Co0,2Mn0,2O2 o LiNi0,8Co0,1Mn0,1O2) .<\/p>

    Un c\u00e1todo de bater\u00eda de i\u00f3n-litio de 100 kg suele requerir entre 6 y 12 kg de cobalto y entre 36 y 48 kg de n\u00edquel. Aunque el cobalto suele ser un subproducto de la miner\u00eda del cobre y el n\u00edquel, tambi\u00e9n requiere complejos procesos para separarlo de otros metales. La mayor\u00eda de los yacimientos s\u00f3lo contienen 0,003% de cobalto met\u00e1lico, y pocos yacimientos de cobalto est\u00e1n lo suficientemente concentrados como para que merezca la pena explotarlos.<\/p>

    As\u00ed, aunque de las 1.015 toneladas de cobalto almacenadas en la Tierra, s\u00f3lo 107 toneladas pueden utilizarse. Del mismo modo, s\u00f3lo 108 toneladas de las 1.015 toneladas de reservas mundiales de n\u00edquel tienen valor comercial minero.<\/p>

    En la actualidad, los minerales ricos en cobalto solo se encuentran en unos pocos lugares. El Congo africano (RDC) proporcion\u00f3 la mitad (56%) de las 148.000 toneladas de cobalto del mundo en 2015. La mayor parte se destina a China, que tiene existencias de 200.000 a 400.000 toneladas de cobalto.<\/p>

    Australia posee 14% de las reservas mundiales de cobalto, que ya pueden extraerse de los fondos marinos, pero sus costes de extracci\u00f3n, ecol\u00f3gicos y econ\u00f3micos son demasiado elevados para ser explotados y utilizados en su totalidad.<\/p>

    Del mismo modo, la producci\u00f3n de n\u00edquel est\u00e1 dominada por una docena de pa\u00edses. En 2017, Indonesia, Filipinas, Canad\u00e1, Nueva Caledonia, Rusia y Australia suministraron conjuntamente 72% de los 2,1 millones de toneladas de mineral del mundo.<\/p>

    Pero menos de una d\u00e9cima parte se destina a las bater\u00edas de litio; el resto se destina sobre todo al acero y la electr\u00f3nica. Aunque la extracci\u00f3n del n\u00edquel es menos costosa que la del cobalto, el aumento de la demanda ha disparado su precio en torno a un 50% desde 2015, pasando de $9 a $14 el kilogramo.<\/p>

    Tanto el cobalto como el n\u00edquel han experimentado subidas y bajadas repentinas de precios. Por ejemplo, las interrupciones del suministro en Australia, el aumento de la demanda de acero en China y la especulaci\u00f3n de los gestores de fondos de cobertura hicieron que los precios del n\u00edquel se quintuplicaran, mientras que los del cobalto se triplicaron en 2008-2009.<\/p>

    Se espera escasez de cobalto y n\u00edquel<\/h2>

    De seguir as\u00ed, el cobalto y el n\u00edquel tendr\u00e1n un d\u00e9ficit de suministro en 20 a\u00f1os. A medida que aumente la demanda de bater\u00edas de litio, el cobalto escasear\u00e1 en 2030 y el n\u00edquel podr\u00eda agotarse en 2037. Aunque podemos extraer mineral de menor calidad, los mayores costes de procesamiento har\u00e1n subir los precios del cobalto y el n\u00edquel.<\/p>

    Los fabricantes de veh\u00edculos el\u00e9ctricos y el Gobierno esperan que en 2025 se produzcan entre 10 y 20 millones de veh\u00edculos el\u00e9ctricos al a\u00f1o. Si la bater\u00eda de cada coche requiere 10 kg de cobalto, en 2025 los veh\u00edculos el\u00e9ctricos por s\u00ed solos necesitar\u00e1n entre 100.000 y 200.000 toneladas de cobalto al a\u00f1o, que es actualmente la mayor parte de la producci\u00f3n mundial. Del mismo modo, se necesitan entre 400.000 y 800.000 toneladas de n\u00edquel al a\u00f1o, lo que equivale a 20-40% de todos los metales en la actualidad.<\/p>

    Cuando camiones, autobuses, aviones y barcos utilizan bater\u00edas el\u00e9ctricas, se necesitan m\u00e1s bater\u00edas. En 2050 se necesitar\u00e1n entre 500.000 y 800.000 toneladas de cobalto para producir entre 50 y 80 millones de veh\u00edculos el\u00e9ctricos al a\u00f1o. A partir de 2030, esto superar\u00e1 con creces la capacidad minera actual.<\/p>

    Asimismo, para 2050, la demanda de n\u00edquel se multiplicar\u00e1 por 2-3. La escasez de n\u00edquel ser\u00e1 evidente a mediados de 2030, y el reciclaje no podr\u00e1 reponer los suministros. Porque la vida \u00fatil de la bater\u00eda de iones de litio es de 15-20 a\u00f1os, que es 3 veces la de la bater\u00eda de plomo-\u00e1cido de 5-7 a\u00f1os. Una vez que la oferta alcance su punto m\u00e1ximo, estimamos que el precio de las bater\u00edas para VE podr\u00eda aumentar m\u00e1s de $1.000.<\/p>

    \"Las<\/p>

    Cu\u00e1l es la salida de los materiales de las pilas en el futuro<\/h2>

    La respuesta es utilizar metales convencionales (hierro, cobre) para producir materiales para c\u00e1todos de bater\u00edas de iones de litio. El hierro, por ejemplo, no s\u00f3lo es barato (6 c\u00e9ntimos\/kg), sino tambi\u00e9n abundante (76.000 millones de toneladas). Dado que los materiales tradicionales ricos en hierro (LiFePO4) y manganeso (LiMnO2 o LiMn2O4) presentan diversos inconvenientes de uso, la alternativa m\u00e1s prometedora es el uso de \"materiales cat\u00f3dicos de sustituci\u00f3n\" en los electrodos.<\/p>

    El fluoruro de cobre\/hierro y el silicio, que reaccionan qu\u00edmicamente con los iones de litio para permitir su almacenamiento, pueden almacenar seis veces m\u00e1s energ\u00eda que los c\u00e1todos est\u00e1ndar.<\/p>

    Mecanismo de conversi\u00f3n del material cat\u00f3dico: Su reacci\u00f3n de conversi\u00f3n electroqu\u00edmica es un novedoso mecanismo de almacenamiento de litio diferente de la reacci\u00f3n tradicional de intercalaci\u00f3n\/extracci\u00f3n de iones de litio.<\/p>

    En el proceso de reacci\u00f3n se producen m\u00faltiples transferencias de electrones, por lo que los materiales de electrodos basados en el mecanismo de reacci\u00f3n de conversi\u00f3n electroqu\u00edmica tienen una capacidad espec\u00edfica te\u00f3rica muy elevada. Dichos materiales de electrodo est\u00e1n compuestos principalmente por \u00f3xidos de metales de transici\u00f3n, sulfuros o fluoruros.<\/p>

    Entre ellos, los fluoruros de metales de transici\u00f3n tienen un mayor potencial de trabajo debido a sus fuertes enlaces i\u00f3nicos, y son m\u00e1s adecuados como materiales cat\u00f3dicos para bater\u00edas de iones de litio. Entre ellos, los materiales a base de silicio son muy adecuados para el emparejamiento.<\/p>

    Una vez que estos dos materiales se utilicen con \u00e9xito, las bater\u00edas que alimentan los veh\u00edculos el\u00e9ctricos podr\u00edan reducirse a la mitad, mientras que el coste, el peso y el volumen podr\u00edan reducirse a la mitad o m\u00e1s.<\/p>

    Pero para lograr este objetivo, los investigadores de bater\u00edas necesitan desarrollar materiales fluorados de alto rendimiento y electrolitos m\u00e1s eficientes. Los ingenieros tienen que trabajar duro para desarrollar equipos y procesos que utilicen estos materiales.<\/p>

    Adem\u00e1s, las bater\u00edas preparadas a partir de materiales de conversi\u00f3n presentan algunas desventajas, como baja conductividad, bajo rendimiento y graves reacciones secundarias entre los materiales de conversi\u00f3n y el electrolito.<\/p>

    Las pel\u00edculas SEI positiva y negativa son m\u00e1s gruesas y tienen hist\u00e9resis de tensi\u00f3n, y los electrodos se expanden y contraen seriamente tras la carga.<\/p>

    Introducci\u00f3n a los materiales alternativos<\/h2>

    En comparaci\u00f3n con el electrodo de material de intercalaci\u00f3n, la ruptura y la formaci\u00f3n de enlaces se producir\u00e1n antes y despu\u00e9s de la combinaci\u00f3n del material de conversi\u00f3n y el Li durante el proceso de carga y descarga. Despu\u00e9s de que el Li penetre en el FeF2, una vez roto el enlace Fe-F, el Li y el F vuelven a unirse para formar LiF (Tipo A).<\/p>

    \"Diagrama<\/p>

    \"Los<\/p>

    La informaci\u00f3n contenida en cada elemento se muestra en el ejemplo de la figura:
    La l\u00ednea 1 representa el tipo de elemento.
    La l\u00ednea 2 representa la abundancia del elemento en la corteza.
    La l\u00ednea 3 representa el precio medio del metal o elemento en los \u00faltimos cinco a\u00f1os.
    Las l\u00edneas 4 y 5 representan el impacto del elemento sobre el medio ambiente y los seres humanos, respectivamente.<\/p>

    \"Comparaci\u00f3n<\/p>

    Conclusi\u00f3n<\/h2>

    Los recursos de cobalto y n\u00edquel para las bater\u00edas de litio escasear\u00e1n hacia 2030, y el desarrollo de materiales ternarios ser\u00e1 insostenible.<\/p>

    En el futuro, el nuevo material cat\u00f3dico deber\u00e1 ser un material de alto potencial superior al actual material cat\u00f3dico de intercalaci\u00f3n.<\/p>

    La adaptaci\u00f3n de los materiales basados en el silicio a los nuevos materiales cat\u00f3dicos no s\u00f3lo deber\u00eda mejorar su densidad energ\u00e9tica, sino tambi\u00e9n reducir en gran medida el coste de las bater\u00edas de iones de litio.<\/p><\/div>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/section>\n\t\t\t\t<\/div>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

    What is the battery material of the future? Nickel and cobalt are scarce and expensive Cobalt and nickel shortages expected What is the way out of battery materials in the future Introduction to alternative materials Conclusion Electric vehicles need a power source. The specific energy, life, safety and price of power batteries are crucial to […]<\/p>\n","protected":false},"author":1,"featured_media":35249,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_lmt_disableupdate":"","_lmt_disable":"","site-sidebar-layout":"default","site-content-layout":"","ast-site-content-layout":"default","site-content-style":"default","site-sidebar-style":"default","ast-global-header-display":"","ast-banner-title-visibility":"","ast-main-header-display":"","ast-hfb-above-header-display":"","ast-hfb-below-header-display":"","ast-hfb-mobile-header-display":"","site-post-title":"","ast-breadcrumbs-content":"","ast-featured-img":"","footer-sml-layout":"","ast-disable-related-posts":"","theme-transparent-header-meta":"","adv-header-id-meta":"","stick-header-meta":"","header-above-stick-meta":"","header-main-stick-meta":"","header-below-stick-meta":"","astra-migrate-meta-layouts":"default","ast-page-background-enabled":"default","ast-page-background-meta":{"desktop":{"background-color":"var(--ast-global-color-4)","background-image":"","background-repeat":"repeat","background-position":"center center","background-size":"auto","background-attachment":"scroll","background-type":"","background-media":"","overlay-type":"","overlay-color":"","overlay-opacity":"","overlay-gradient":""},"tablet":{"background-color":"","background-image":"","background-repeat":"repeat","background-position":"center center","background-size":"auto","background-attachment":"scroll","background-type":"","background-media":"","overlay-type":"","overlay-color":"","overlay-opacity":"","overlay-gradient":""},"mobile":{"background-color":"","background-image":"","background-repeat":"repeat","background-position":"center center","background-size":"auto","background-attachment":"scroll","background-type":"","background-media":"","overlay-type":"","overlay-color":"","overlay-opacity":"","overlay-gradient":""}},"ast-content-background-meta":{"desktop":{"background-color":"var(--ast-global-color-5)","background-image":"","background-repeat":"repeat","background-position":"center center","background-size":"auto","background-attachment":"scroll","background-type":"","background-media":"","overlay-type":"","overlay-color":"","overlay-opacity":"","overlay-gradient":""},"tablet":{"background-color":"var(--ast-global-color-5)","background-image":"","background-repeat":"repeat","background-position":"center center","background-size":"auto","background-attachment":"scroll","background-type":"","background-media":"","overlay-type":"","overlay-color":"","overlay-opacity":"","overlay-gradient":""},"mobile":{"background-color":"var(--ast-global-color-5)","background-image":"","background-repeat":"repeat","background-position":"center center","background-size":"auto","background-attachment":"scroll","background-type":"","background-media":"","overlay-type":"","overlay-color":"","overlay-opacity":"","overlay-gradient":""}},"footnotes":""},"categories":[210,1,188],"tags":[7,117,130,153,143],"class_list":["post-35247","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-battery-industry","category-battery-materials","category-battery-news","tag-battery","tag-battery-cell","tag-lithium-battery","tag-lithium-ion-battery","tag-power-battery"],"modified_by":"tycorun666","_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.takomabattery.com\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/35247","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.takomabattery.com\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.takomabattery.com\/es\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.takomabattery.com\/es\/wp-json\/wp\/v2\/users\/1"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.takomabattery.com\/es\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=35247"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/www.takomabattery.com\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/35247\/revisions"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.takomabattery.com\/es\/wp-json\/wp\/v2\/media\/35249"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.takomabattery.com\/es\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=35247"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.takomabattery.com\/es\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=35247"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.takomabattery.com\/es\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=35247"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}