1. El reinado actual de las baterías de litio
Actualmente, las baterías-de iones de litio (LIB) son la tecnología dominante utilizada en el almacenamiento de energía recargable y representan aproximadamente el 70 % de la cuota de mercado mundial de tecnologías de dispositivos recargables. Las ventajas de los LIB incluyen las siguientes:
La alta densidad energética del litio:El peso ligero y el alto potencial electroquímico del litio permiten el desarrollo de baterías y componentes electrónicos para vehículos eléctricos más pequeños y-duraderos.
Costo-Efectividad a través de la escala:Con décadas de experiencia en fabricación, los LIB se han vuelto fundamentalmente más baratos de fabricar en volumen que la mayoría de las otras tecnologías, lo que permite que los LIB sean rentables-competitivos en productos de consumo diarios-de gama media.
Infraestructura establecida (mundial) para LIB:A lo largo de varias décadas se han desarrollado extensas redes de soporte para LIB, incluidas estaciones de recarga de vehículos eléctricos y sistemas de almacenamiento de energía a escala de servicios públicos.
A pesar de su dominio actual en este sector, existen varias vulnerabilidades con respecto a la tecnología LIB. Existen serias preocupaciones con respecto a los impactos negativos de la extracción de litio en el medio ambiente, el agotamiento de los preciosos recursos hídricos y la concentración de litio. Actualmente, China controla más del 60% de la capacidad mundial de refinación de litio, lo que plantea riesgos en la cadena de suministro para otros países.
2. Desafíos que empujan al litio hacia la obsolescencia
A. Consideraciones ambientales y éticas
La extracción de litio tiene un impacto ecológico inmensamente alto porque el método de extracción es mediante minería profunda (esto se lleva a cabo a profundidades superiores a 1,5 km), lo cual es poco común, pero tiene una huella ecológica enorme y utiliza una cantidad excesiva de agua (hasta 1 millón de litros (casi 500.000 galones) por 1 tonelada métrica de litio producida). Como el agua es extremadamente limitada en áreas donde se extrae litio (por ejemplo, el desierto de Atacama en el norte de Chile), la necesidad de más agua crea una mayor presión sobre el suministro de agua dulce disponible.
B. Inconvenientes de rendimiento
Aunque las baterías de iones de litio son la forma más eficiente de batería en términos de densidad de energía, tienen limitaciones específicas:
1. Tiempos de carga prolongados: la mayoría de las flotas de vehículos eléctricos (EV) requieren una carga de entre 30 minutos y varias horas para lograr una carga completa.
2. Clima frío: el rendimiento de las baterías de iones de litio disminuye en un 60% bajo cero y, por lo tanto, los vehículos eléctricos pueden tener usos reducidos en climas fríos.
3. Seguridad: la fuga térmica puede ocurrir como resultado de la alta energía de las baterías de iones de litio, lo que generalmente causa incendios, explosiones, etc., aunque estos eventos son raros, pero en aplicaciones de alta energía existen.
C. Vulnerabilidades geopolíticas
Como resultado de la abrumadora capacidad mundial de fabricación de baterías y de refinación de litio de China, Estados Unidos, la Unión Europea y otras potencias occidentales, en menor medida, están invirtiendo significativamente en la fabricación nacional de baterías para reducir su dependencia del suministro de baterías chino.
3. Tecnologías emergentes que desafían el dominio del litio
A. Baterías de estado sólido-
Las baterías basadas en tecnología de estado sólido-cambian electrolitos de estado sólido- en lugar de electrolitos líquidos, como se utiliza en las baterías de iones de litio- típicas. Por lo tanto, la tecnología de baterías de estado sólido-tiene varias ventajas sobre la tecnología de baterías de iones de litio-que incluyen:
La siguiente lista proporciona información sobre algunas de las principales razones que impulsan la transición del mercado de baterías para automóviles de la tecnología de baterías de estado líquido a la de estado sólido-. Los siguientes puntos indican que la transición a la tecnología de baterías de estado sólido-se producirá rápidamente en el sector automotriz.
Seguridad: si bien las baterías de electrolito líquido presentan un mayor riesgo de incendio y de productos químicos peligrosos durante su producción, no se fabrican productos químicos potencialmente peligrosos derivados de la producción de baterías de estado sólido-.
Densidad de energía: en comparación con la tecnología de iones de litio-existente, que puede almacenar entre 250 y 300 Wh/kg de energía, una batería de estado sólido-tiene el potencial de almacenar hasta 500 Wh/kg.
Tiempo de carga: a diferencia de las baterías tradicionales de iones de litio-, que normalmente requieren horas para cargarse completamente, se descubrió que las baterías experimentales de estado sólido- requieren tan solo 15 minutos.
Cambio de mercado: según informaron los OEM, muchos están en proceso de desarrollar y producir un paquete de baterías de estado sólido-que estará disponible para el mercado en algún momento dentro de los próximos 5 a 7 años (2027-2030).
B. Baterías de iones-de sodio
Las baterías de iones de sodio-(Na-) y las baterías de iones de litio-(Li-) se diferencian en que el sodio es más abundante y menos costoso que el litio. Las ventajas de las baterías de iones-de sodio sobre las baterías de iones-de litio incluyen:
1. Precio - El costo de fabricación de las baterías de Na-ion es aproximadamente un 70% menor que el de las baterías de Li-ion.
2. Eco-Respetuoso con el medio ambiente - La cantidad de agua necesaria para eliminar el sodio es 682 veces menor que la que se requiere para eliminar el litio.
3. Rendimiento en climas fríos Las baterías de - Na-pueden funcionar a temperaturas extremadamente bajas, de hasta -30 grados Celsius.
4. Mercado objetivo - Empresas como Farradion y CATL han puesto sus miras en introducir la tecnología de iones de sodio-al almacenamiento de energía a escala de red-EV y red. Al utilizar la tecnología de baterías Na-ion, estas empresas se centrarán en clientes sensibles a los costos-.
C. Baterías mejoradas con grafeno-
El grafeno, que está formado por una sola capa de átomos de carbono, puede mejorar el rendimiento de la batería de las siguientes maneras:
Carga más rápida: Los supercondensadores de grafeno pueden permitir que un teléfono inteligente o una tableta se carguen completamente en aproximadamente 15 segundos.
Ciclos de uso más elevados: a diferencia de las baterías de iones de litio-que tienen un límite de 500 a 2000 ciclos, una batería de grafeno puede alcanzar 10 000 ciclos.
Resistencia al clima frío Las baterías de grafeno seguirán funcionando bien a temperaturas extremadamente bajas de -40 a 80 grados Celsius.
Para 2030, las baterías de grafeno, que actualmente se encuentran en pruebas experimentales, podrían transformar completamente las opciones de almacenamiento de energía para fuentes de energía renovables y automóviles eléctricos.
4. ¿Sobrevivirán las baterías de litio? Un escenario de convivencia
Debido a la fase experimental, las baterías de grafeno podrían permitir un cambio drástico hacia nuevas formas de almacenamiento de energía en energías renovables y vehículos eléctricos para el año 2030. Incluso con las predicciones apocalípticas que rodean a las baterías de litio, su extinción parece muy improbable, con predicciones que se inclinan hacia que sus tecnologías coexistan con nuevas innovaciones.
Algunos nichos de mercado seguirán dependiendo en gran medida de las baterías de iones de litio-por su alta densidad de energía, como la aviación y el sector aeroespacial con el nuevo despegue y aterrizaje vertical eléctrico (eVTOL). Además, al utilizar sistemas híbridos o combinaciones híbridas de litio con -baterías de estado sólido-o de sodio-, la combinación de química proporcionaría varias ventajas, incluyendo mejoras en costos, seguridad, rendimiento, etc. Por ejemplo, los futuros vehículos eléctricos de BMW probablemente utilizarán celdas de estado sólido-y de iones de litio- en combinación como medio para aprovechar las ventajas respectivas de cada tecnología.
Además, las innovaciones en el reciclaje de celdas de litio, incluido el plan de China de reciclar 1,2 millones de toneladas para 2025, mejorarán la vida útil de las celdas de litio y, al mismo tiempo, contribuirán al ahorro de costos y energía gracias a una menor minería.
5. El camino a seguir: equilibrar la innovación y la practicidad
La evolución hacia un sistema de "batería post-litio" depende de tres factores principales:
1. Competitividad de costos: para que las baterías-de estado sólido y las baterías de iones-de sodio ganen una participación de mercado significativa, deben alcanzar el equivalente a 100 dólares por kWh para que los precios sean comparables a los de las baterías de iones-de litio.
2. Escalabilidad: las plantas de fabricación de línea-de estado sólido, como la línea CATL de 20 GWh, deben poder escalar desde una planta piloto hasta la producción en masa (objetivo para 2027).
3. Apoyo a las políticas: Se deben implementar políticas gubernamentales para fomentar e incentivar la I+D y la infraestructura de reciclaje que puedan reducir o eliminar el riesgo de la cadena de suministro asociado con el litio.
Conclusión
