Blog

Jul 27, 2023

Simplificando la producción de litio

Las imágenes para descargar en el sitio web de la oficina de noticias del MIT están disponibles para entidades no comerciales, prensa y público en general bajo una Atribución Creative Commons No Comercial Sin Derivados.

Las imágenes para descargar en el sitio web de la oficina de MIT News están disponibles para entidades no comerciales, prensa y público en general bajo una licencia Creative Commons Attribution Non-Commercial No Derivatives. No puede modificar las imágenes proporcionadas, excepto recortarlas al tamaño. Se debe utilizar una línea de crédito al reproducir imágenes; Si no se proporciona uno a continuación, acredite las imágenes a "MIT".

Imagen anterior Imagen siguiente

Cuando se trata de innovaciones en baterías, se presta mucha atención a posibles nuevas sustancias químicas y materiales. A menudo se pasa por alto la importancia de los procesos de producción para reducir costes.

Ahora, 24M Technologies, una empresa derivada del MIT, ha simplificado la producción de baterías de iones de litio con un nuevo diseño que requiere menos materiales y menos pasos para fabricar cada celda. La compañía dice que el diseño, al que llama "SemiSolid" por el uso de electrodos pegajosos, reduce los costos de producción hasta en un 40 por ciento. El enfoque también mejora la densidad energética, la seguridad y la reciclabilidad de las baterías.

A juzgar por el interés de la industria, 24M está en lo cierto. Desde que salió del modo sigiloso en 2015, 24M ha otorgado licencias de su tecnología a empresas multinacionales como Volkswagen, Fujifilm, Lucas TVS, Axxiva y Freyr. Esas tres últimas empresas planean construir gigafábricas (fábricas con una capacidad de producción anual a escala de gigavatios) basadas en la tecnología de 24M en India, China, Noruega y Estados Unidos.

“La plataforma SemiSolid ha sido probada a escala de cientos de megavatios producidos para sistemas residenciales de almacenamiento de energía. Ahora queremos demostrarlo a escala de gigavatios”, afirma Naoki Ota, director ejecutivo de 24M, cuyo equipo incluye al cofundador, científico jefe y profesor del MIT Yet-Ming Chiang.

El establecimiento de líneas de producción a gran escala es sólo la primera fase del plan de 24M. Otro atractivo clave del diseño de su batería es que puede funcionar con diferentes combinaciones de químicas de iones de litio. Eso significa que los socios de 24M pueden incorporar materiales de mejor rendimiento en el futuro sin cambiar sustancialmente los procesos de fabricación.

El tipo de producción rápida y a gran escala de baterías de próxima generación que 24M espera permitir podría tener un impacto dramático en la adopción de baterías en toda la sociedad, desde el costo y el rendimiento de los automóviles eléctricos hasta la capacidad de las energías renovables para reemplazar los combustibles fósiles.

"Esta es una tecnología de plataforma", dice Ota. “No somos sólo un operador de bajo costo y alta confiabilidad. Eso es lo que somos hoy, pero también podemos ser competitivos con la química de próxima generación. Podemos utilizar cualquier producto químico del mercado sin que los clientes cambien sus cadenas de suministro. Otras nuevas empresas están intentando abordar ese problema mañana, no hoy. Nuestra tecnología puede abordar el problema hoy y mañana”.

Un diseño simplificado

chiang,quien es el Profesor Kyocera de Ciencia e Ingeniería de Materiales del MIT,vislumbró por primera vez la producción de baterías a gran escala después de cofundar otra empresa de baterías, A123 Systems, en 2001. Mientras esa empresa se preparaba para salir a bolsa a finales de la década de 2000, Chiang comenzó a preguntarse si podría diseñar una batería que fuera más fácil. para la fabricación.

"Tuve esta ventana a cómo era la fabricación de baterías y lo que me llamó la atención fue que, aunque lo logramos, era un proceso de fabricación increíblemente complicado", dice Chiang. “Surgió de la fabricación de cintas magnéticas que se adaptó a las baterías a finales de los años 80”.

En su laboratorio del MIT, donde ha sido profesor desde 1985, Chiang empezó desde cero con un nuevo tipo de dispositivo al que llamó “batería de flujo semisólido” que bombea líquidos que transportan electrodos basados ​​en partículas hacia y desde tanques para almacenar una carga. .

En 2010, Chiang se asoció con W. Craig Carter, profesor POSCO de Ciencia e Ingeniería de Materiales del MIT, y los dos profesores supervisaron a un estudiante, Mihai Duduta '11, que exploró las baterías de flujo para su tesis de pregrado. Al cabo de un mes, Duduta había desarrollado un prototipo en el laboratorio de Chiang y nació 24M. (Duduta fue el primer empleado de la empresa).

Pero incluso cuando 24M trabajó con la Oficina de Licencias de Tecnología (TLO) del MIT para comercializar la investigación realizada en el laboratorio de Chiang, la gente de la empresa, incluido Duduta, comenzó a repensar el concepto de batería de flujo. Un análisis de costos interno realizado por Carter, quien fue consultor de 24M durante varios años, finalmente llevó a los investigadores a cambiar de dirección.

Eso dejó a la empresa con una gran cantidad de lodo pegajoso que formaba los electrodos de sus baterías de flujo. Unas semanas después del análisis de costos de Carter, Duduta, entonces científico investigador senior en 24M, decidió comenzar a usar la suspensión para ensamblar baterías a mano, mezclando los electrodos pegajosos directamente en el electrolito. La idea tuvo éxito.

Los componentes principales de las baterías son los electrodos con carga positiva y negativa y el material electrolítico que permite que los iones fluyan entre ellos. Las baterías tradicionales de iones de litio utilizan electrodos sólidos separados del electrolito por capas de plásticos y metales inertes, que mantienen los electrodos en su lugar.

Eliminar los materiales inertes de las baterías tradicionales y adoptar la pegajosa mezcla de electrodos le da al diseño de 24M una serie de ventajas.

Por un lado, elimina el proceso de secado y solidificación de los electrodos que consume mucha energía en la producción tradicional de iones de litio. La compañía dice que también reduce la necesidad de más del 80 por ciento de los materiales inactivos en las baterías tradicionales, incluidas las costosas como el cobre y el aluminio. El diseño tampoco requiere aglutinante y cuenta con electrodos extragruesos, lo que mejora la densidad de energía de las baterías.

“Cuando inicias una empresa, lo más inteligente es revisar todas tus suposiciones y preguntarte cuál es la mejor manera de lograr tus objetivos, que en nuestro caso eran baterías de bajo costo y de fabricación sencilla”, dice Chiang. "Decidimos que nuestro valor real estaba en hacer una suspensión de iones de litio que fuera electroquímicamente activa desde el principio, con electrolito, y que simplemente se usara el electrolito como solvente de procesamiento".

En 2017, 24M participó en el acelerador de startups STEX25 del MIT Industrial Liaison Program, en el que Chiang y sus colaboradores establecieron conexiones industriales críticas que le ayudarían a asegurar asociaciones tempranas. 24M también ha colaborado con investigadores del MIT en proyectos financiados por el Departamento de Energía.

Haciendo posible la revolución de las baterías

La mayoría de los socios de 24M están mirando el mercado de vehículos eléctricos (EV) en rápido crecimiento para sus baterías, y los fundadores creen que su tecnología acelerará la adopción de los vehículos eléctricos. (Los costos de la batería representan entre el 30 y el 40 por ciento del precio de los vehículos eléctricos, según el Instituto de Investigación Energética).

"Las baterías de iones de litio han logrado enormes mejoras a lo largo de los años, pero incluso Elon Musk dice que necesitamos alguna tecnología innovadora", dice Ota, refiriéndose al director ejecutivo de la empresa de vehículos eléctricos Tesla. “Para que los vehículos eléctricos sean más comunes, necesitamos un avance en los costos de producción; No podemos confiar simplemente en la reducción de costos mediante la ampliación porque hoy en día ya fabricamos muchas baterías”.

24M también está trabajando para probar nuevas químicas de baterías que sus socios podrían incorporar rápidamente a sus gigafábricas. En enero de este año, 24M recibió una subvención del programa ARPA-E del Departamento de Energía para desarrollar y escalar una batería de alta densidad de energía que utiliza un ánodo de metal de litio y un cátodo semisólido para su uso en aviación eléctrica.

Ese proyecto es uno de muchos en todo el mundo diseñados para validar nuevas químicas de baterías de iones de litio que podrían permitir una revolución de baterías largamente buscada. Mientras 24M continúa fomentando la creación de líneas de producción globales a gran escala, el equipo cree que está bien posicionado para convertir las innovaciones de laboratorio en productos ubicuos que cambien el mundo.

"Esta tecnología es una plataforma, y ​​nuestra visión es ser como el [sistema operativo] Android de Google, donde otras personas puedan crear cosas en nuestra plataforma", dice Ota. “Queremos hacer eso pero con hardware. Por eso estamos concediendo la licencia de la tecnología. Nuestros socios pueden utilizar las mismas líneas de producción para obtener los beneficios de nuevas químicas y enfoques. Esta plataforma ofrece a todos más opciones”.

Artículo anterior Artículo siguiente