Para satisfacer la demanda de energía, la creación de nuevas químicas de baterías es clave

Se pronostica que la industria de las baterías se triplicará a $ 135 mil millones para 2031, pero su crecimiento reciente ha sido notable. Hace seis años, había muy poca capacidad de batería planificada en Europa. Aún así, reconociendo el papel vital de las baterías para abordar el cambio climático, ahora hay al menos 45 proyectos de baterías diferentes en proceso, ya que los científicos tienen como objetivo generar químicas de baterías más nuevas y más limpias.

La European Battery Alliance (EBA), dirigida por EIT InnoEnergy, ha ayudado a impulsar esto. Al reunir a las partes interesadas de toda la cadena de valor de fabricación de baterías, la EBA está trabajando para superar el desafío de las baterías en Europa desde todos los ángulos, desde el desarrollo de la hoja de ruta y la financiación hasta la minería y las habilidades.

Ahora, el desafío no es tanto sobre la capacidad, sino sobre la química. Hace veinte años, los químicos de las baterías analizaron los pros y los contras de varias de las principales químicas de las baterías y, en última instancia, optaron por el litio, lo que dio como resultado su rendimiento de densidad de energía superior. Es una decisión que ha servido bien al mundo, hasta hace poco.

Desarrollado inicialmente para dispositivos electrónicos pequeños como cámaras, nadie podría haber predicho un aumento tan considerable en la demanda debido a los vehículos eléctricos. Este aumento de la demanda plantea un desafío para el abastecimiento ético de cantidades suficientes de litio, cobalto y níquel. La AIE sugiere que el mundo puede enfrentar una posible escasez de litio a partir de 2025.

Aunque las tecnologías actuales de sodio continúan rezagadas respecto al litio en términos de densidad de energía, el sodio es un material abundante, lo que lo hace ideal para el almacenamiento estacionario.

Como resultado, las baterías de iones de sodio tienen el potencial de ser una alternativa atractiva para los vehículos eléctricos de nivel de entrada que estarán a la par en tiempos de carga pero tendrán un alcance un poco más corto a cambio de un precio más bajo.

Una 'solución de batería AB' que combina celdas de litio y sodio en un paquete de baterías también podría ser una opción atractiva para aprovechar lo mejor de las dos tecnologías. Atraído por el gran potencial de las químicas de las baterías de sodio, el gigante de la industria CATL ya ha comenzado la producción a pequeña escala y espera volúmenes masivos este año. Y muchos innovadores más pequeños están siguiendo su ejemplo.

La preparación de la cadena de suministro para un aumento de la demanda se evidencia, por ejemplo, en Altris, con sede en Uppsala, que ha desarrollado un material de cátodo de alta densidad de energía que llama Fennac, que fabrica a partir de sodio, hierro, carbono y nitrógeno.

La tecnología ha sido desarrollada para conectarse y funcionar en cualquier línea de producción de iones de litio estándar de la industria. Es tan innovador que llamó la atención del desarrollador de baterías líder en el mundo, Northvolt, que participó en la ronda de financiación Serie A de Altris. Los 9,6 millones de euros recaudados se utilizarán para abrir una planta de producción a escala de GWh a finales de este año.

El silicio como material de ánodo también está en aumento. Las soluciones de silicio son únicas porque pueden almacenar grandes cantidades de iones de litio a velocidades rápidas, lo que permite velocidades de carga de menos de 15 minutos con más de 500 millas de alcance.

Sin embargo, la industria enfrenta varios desafíos al llevar las químicas de la mezcla de <10 % de silicio y grafito que tenemos hoy a las químicas potenciales de 100 % de silicio de las que podríamos beneficiarnos en el futuro.

Estos desafíos incluyen la creación de una química estable que permita la propensión natural del silicio a expandirse y contraerse a medida que se carga y descarga y lo hace escalable a un precio de costo competitivo. La industria está siguiendo varias estrategias, algunas de las cuales seguirán un camino de aumento gradual del contenido de silicio, mientras que otras están presionando para introducir ánodos de silicio completos a partir de 2027.

Trabajar para lograr una solución completa de silicio es un desafío en el que GDI, el innovador de baterías con sede en Nueva York, ha pasado la mayor parte de la última década trabajando para lograrlo.

Inspirándose en los paneles fotovoltaicos, GDI utiliza la deposición de vapor químico mejorado con plasma para crear un diseño único de ánodo de silicio 100%. En pruebas de laboratorio, se ha demostrado que la química ofrece un aumento del 30 % en la densidad de energía en baterías de iones de litio avanzadas en un 30 % y una carga rápida segura y confiable del 10 al 75 % en 15 minutos más de 500 veces con un estado restante del 80 % salud.

Hace veinte años, la industria dio el paso en falso de buscar ciertas químicas de baterías sin considerar lo que podría deparar el futuro. Lo sabemos mejor ahora. En diciembre de 2022, el Parlamento Europeo anunció una nueva legislación de economía circular que estipula los requisitos a lo largo del ciclo de vida de una batería.

La nueva legislación transmite el mensaje de que debemos abordar nuestra chatarra. Esto incluye la reducción de los desechos de fabricación, lo que facilita la comprensión de la salud restante de una batería para su posible reutilización y su fácil desmontaje para su reciclaje.

Innovadores como Verkor están abordando la chatarra mediante la aplicación de datos y digitalización industrial para presentar un modelo Gigafactory más moderno y eficiente para satisfacer la demanda futura.

Los próximos años son críticos para desarrollar un suministro autóctono sostenible de baterías para Europa, y el rápido desarrollo de nuevos productos químicos será una parte crucial de ello. Tenemos la suerte de contar con muchos proyectos innovadores de baterías en Europa, pero sigue siendo vital que la industria tenga acceso a suficiente capital y oportunidades de colaboración para satisfacer las crecientes demandas.

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