Nota del editor: la tecnología eléctrica es el futuro de la tierra verde, y la tecnología de baterías es la base de la tecnología eléctrica y la clave para restringir el desarrollo a gran escala de la tecnología eléctrica.La tecnología de baterías convencional actual son las baterías de iones de litio, que tienen buena densidad de energía y alta eficiencia.Sin embargo, el litio es un elemento escaso, de alto coste y recursos limitados.Al mismo tiempo, a medida que crece el uso de fuentes de energía renovables, la densidad energética de las baterías de iones de litio ya no es suficiente.¿Cómo responder?Mayank Jain ha hecho un balance de algunas tecnologías de baterías que podrían utilizarse en el futuro.El artículo original fue publicado en Medium con el título: El futuro de la tecnología de baterías.
La tierra está llena de energía y estamos haciendo todo lo posible para capturar y hacer un buen uso de esa energía.Aunque hemos hecho un mejor trabajo en la transición a las energías renovables, no hemos avanzado mucho en el almacenamiento de energía.
En la actualidad, el estándar más alto en tecnología de baterías son las baterías de iones de litio.Esta batería parece tener la mejor densidad de energía, alta eficiencia (alrededor del 99%) y larga vida útil.
¿Así que qué hay de malo?A medida que la energía renovable que capturamos sigue creciendo, la densidad energética de las baterías de iones de litio ya no es suficiente.
Dado que podemos seguir produciendo baterías en lotes, esto no parece ser gran cosa, pero el problema es que el litio es un metal relativamente raro, por lo que su costo no es bajo.Aunque los costos de producción de baterías están cayendo, la necesidad de almacenamiento de energía también está aumentando rápidamente.
Hemos llegado a un punto en el que, una vez que se fabrique la batería de iones de litio, tendrá un impacto enorme en la industria energética.
La mayor densidad energética de los combustibles fósiles es un hecho y es un factor de enorme influencia que dificulta la transición hacia una dependencia total de las energías renovables.Necesitamos baterías que emitan más energía que nuestro peso.
Cómo funcionan las baterías de iones de litio
El mecanismo de funcionamiento de las baterías de litio es similar al de las baterías químicas AA o AAA normales.Tienen terminales de ánodo y cátodo y un electrolito en el medio.A diferencia de las baterías normales, la reacción de descarga en una batería de iones de litio es reversible, por lo que la batería se puede recargar repetidamente.
El cátodo (terminal +) está hecho de fosfato de hierro y litio, el ánodo (terminal -) está hecho de grafito y el grafito está hecho de carbono.La electricidad es solo el flujo de electrones.Estas baterías generan electricidad moviendo iones de litio entre el ánodo y el cátodo.
Cuando se cargan, los iones se mueven hacia el ánodo y cuando se descargan, los iones corren hacia el cátodo.
Este movimiento de iones provoca el movimiento de electrones en el circuito, por lo que el movimiento de los iones de litio y el movimiento de los electrones están relacionados.
Batería de ánodo de silicio
Muchas grandes empresas automotrices como BMW han estado invirtiendo en el desarrollo de baterías de ánodo de silicio.Al igual que las baterías de iones de litio normales, estas baterías utilizan ánodos de litio, pero en lugar de ánodos a base de carbono, utilizan silicio.
Como ánodo, el silicio es mejor que el grafito porque requiere 4 átomos de carbono para contener el litio, y 1 átomo de silicio puede contener 4 iones de litio.Esta es una mejora importante... que hace que el silicio sea 3 veces más fuerte que el grafito.
Sin embargo, el uso del litio sigue siendo un arma de doble filo.Este material sigue siendo caro, pero también es más fácil trasladar las instalaciones de producción a células de silicio.Si las baterías son completamente diferentes, habrá que rediseñar completamente la fábrica, lo que reducirá ligeramente el atractivo del cambio.
Los ánodos de silicio se fabrican tratando arena para producir silicio puro, pero el mayor problema al que se enfrentan los investigadores actualmente es que los ánodos de silicio se hinchan cuando se utilizan.Esto puede hacer que la batería se degrade demasiado rápido.También es difícil producir ánodos en masa.
batería de grafeno
El grafeno es un tipo de escamas de carbono que utiliza el mismo material que un lápiz, pero cuesta mucho tiempo unir grafito a las escamas.El grafeno es elogiado por su excelente rendimiento en muchos casos de uso, y las baterías son uno de ellos.
Algunas empresas están trabajando en baterías de grafeno que pueden cargarse completamente en minutos y descargarse 33 veces más rápido que las baterías de iones de litio.Esto es de gran valor para los vehículos eléctricos.
Batería de espuma
En la actualidad, las baterías tradicionales son bidimensionales.Se apilan como una batería de litio o se enrollan como una típica batería AA o de iones de litio.
La batería de espuma es un nuevo concepto que implica el movimiento de carga eléctrica en el espacio 3D.
Esta estructura tridimensional puede acelerar el tiempo de carga y aumentar la densidad de energía, cualidades extremadamente importantes de la batería.En comparación con la mayoría de las otras baterías, las baterías de espuma no tienen electrolitos líquidos nocivos.
Las baterías de espuma utilizan electrolitos sólidos en lugar de electrolitos líquidos.Este electrolito no sólo conduce iones de litio, sino que también aísla otros dispositivos electrónicos.
El ánodo que retiene la carga negativa de la batería está hecho de cobre espumado y recubierto con el material activo necesario.
Luego se aplica un electrolito sólido alrededor del ánodo.
Finalmente, se utiliza la llamada “pasta positiva” para rellenar los huecos dentro de la batería.
Batería de óxido de aluminio
Estas baterías tienen una de las mayores densidades de energía de cualquier batería.Su energía es más potente y ligera que las actuales baterías de iones de litio.Algunas personas afirman que estas baterías pueden abastecer 2.000 kilómetros de vehículos eléctricos.¿Cuál es este concepto?Como referencia, la autonomía máxima de crucero de Tesla es de unos 600 kilómetros.
El problema de estas baterías es que no se pueden cargar.Producen hidróxido de aluminio y liberan energía mediante la reacción del aluminio y el oxígeno en un electrolito a base de agua.El uso de baterías consume aluminio como ánodo.
batería de sodio
Actualmente, los científicos japoneses están trabajando en la fabricación de baterías que utilicen sodio en lugar de litio.
Esto sería perjudicial, ya que las baterías de sodio son teóricamente 7 veces más eficientes que las de litio.Otra gran ventaja es que el sodio es el sexto elemento más rico de las reservas terrestres, en comparación con el litio, que es un elemento escaso.
Hora de publicación: 02-dic-2019