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Jul 23, 2023

El camino hacia mejores baterías para vehículos eléctricos comienza en la fábrica

Un nuevo método para fabricar baterías para vehículos eléctricos podría reducir costos, mejorar el rendimiento y eliminar lodos tóxicos, para empezar. Por Publicado Ahora que la transición al vehículo eléctrico avanza a todo vapor

Un nuevo método para fabricar baterías para vehículos eléctricos podría reducir costos, mejorar el rendimiento y eliminar lodos tóxicos, para empezar.

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Ahora que la transición de los vehículos eléctricos avanza a todo vapor, los fabricantes de automóviles están luchando por conseguir suficientes baterías para vehículos eléctricos para satisfacer la demanda. Eso significa litio, litio y más litio. Abrir nuevas líneas de suministro es una estrategia clave, pero la atención también se está centrando en las tecnologías de fabricación de próxima generación que exprimen hasta el último ápice del valor de cero emisiones del metal blando de color blanco plateado.

El último desarrollo en tecnología de baterías para vehículos eléctricos proviene del Laboratorio Nacional Oak Ridge (ORNL), que forma parte de la extensa red de instalaciones de investigación del Departamento de Energía de EE. UU., en una asociación público-privada con la empresa estadounidense de almacenamiento de energía Navitas Systems.

El equipo de investigación apuntó al método convencional basado en suspensión para aplicar litio a los electrodos de las baterías de vehículos eléctricos. El método de la lechada es eficaz hasta donde llega, pero la lechada en sí es un guiso de disolventes tóxicos que conlleva riesgos de impacto para la salud y el medio ambiente. El método de la suspensión también implica gastos adicionales, incluido el secado y el retorno al proceso.

En lugar de intentar reducir los disolventes tóxicos en la suspensión de litio, el equipo de investigación del ORNL lo abandonó por completo en favor del nuevo método de procesamiento en seco.

El nuevo método consiste en crear un material compacto a base de polvo. Esto no es tan simple como parece, pero la recompensa podría ser enorme en términos de alargar la vida útil de las baterías de los vehículos eléctricos y mejorar su rendimiento.

"Esto elimina el disolvente y, al mismo tiempo, es prometedor para ofrecer una batería duradera, menos pesada por elementos inactivos y capaz de mantener una alta capacidad de almacenamiento de energía después de su uso", informó Oak Ridge a principios de esta semana (consulte más de nuestra cobertura de Oak Ridge aquí). .

"Estas mejoras podrían impulsar una adopción más amplia de los vehículos eléctricos, ayudando a reducir las emisiones de carbono y alcanzar los objetivos climáticos de Estados Unidos", añadió el laboratorio.

No contenga la respiración por las nuevas baterías de iones de litio para vehículos eléctricos del futuro, no tóxicas y sin lodo. El equipo de ORNL se encuentra todavía en la fase inicial del proceso de I+D. Sin embargo, el método de procesamiento en seco ya es conocido como un método de fabricación que ahorra espacio, tiempo y energía. El laboratorio también cita como beneficios menores costos iniciales y mayor eficiencia en la eliminación de desechos.

El investigador principal de Navitas, Bryan Steinhoff, explica que los fabricantes pueden deshacerse de equipos voluminosos de recubrimiento y solventes si cambian al método de procesamiento en seco. “Si en su lugar se puede utilizar un proceso seco, se puede reducir el espacio físico hasta en un 40 o 50 %, ahorrando cientos de millones de dólares”, afirma Steinhoff, refiriéndose al coste de las nuevas fábricas de baterías para vehículos eléctricos a gran escala.

ORNL también señala que el procesamiento en seco es compatible con otros equipos de fabricación de electrodos.

Sin embargo, saber qué funciona no es lo mismo que saber por qué funciona. Comprender el por qué es el siguiente paso antes de que el procesamiento en seco pueda aplicarse a las baterías de vehículos eléctricos para el mercado masivo.

En la fase actual de la investigación, el equipo de ORNL analizó electrodos procesados ​​en seco fabricados por Navitas e informó sus resultados en el Chemical Engineering Journal.

Vea su trabajo bajo el título "Baterías de iones de litio de alto rendimiento y alto rendimiento mediante procesamiento en seco". Para aquellos que están en constante movimiento, la respuesta corta es que el procesamiento en seco permite a los fabricantes empaquetar más materiales activos en el electrodo.

El electrodo más grueso es relativamente fácil de fabricar y podría generar mejoras en el rendimiento de carga, pero eso lleva a la respuesta larga. El espesor del electrodo podría ser un factor limitante en términos de potencia. En la siguiente fase de la investigación, un foco de atención será el aglutinante de politetrafluoroetileno para el polvo de litio.

"Un objetivo principal de este proyecto es desarrollar o identificar un mejor aglutinante para el proceso seco, porque el aglutinante actual no es muy estable para el entorno del ánodo", explicó Oak Ridge Jianlin Li, codirector del equipo, junto con Runming. Tao de ORNL.

Estén atentos para más información sobre eso. Mientras tanto, el equipo de ORNL tiene buena compañía en otros lugares del mundo de la investigación de baterías para vehículos eléctricos. En marzo, por ejemplo, la revista Nature Communications publicó un estudio sobre el procesamiento en seco de baterías de vehículos eléctricos realizado por un equipo de investigación en Corea bajo el título “Proceso en seco de carga ultraalta para la fabricación de electrodos de baterías de iones de litio sin disolventes”.

El equipo coreano observó que las baterías de vehículos eléctricos convencionales están fabricadas con un “solvente orgánico costoso [que] se evapora muy lentamente”. Estimaron que el 78% del costo de producción de electrodos está relacionado con los pasos de secado y recuperación.

En particular, verificaron el nombre del solvente N-metil-2-pirrolidona, y observaron de manera un tanto alarmante que “no sólo es tóxico (se sabe que causa infertilidad masculina) sino también inflamable”.

El equipo coreano informó resultados prometedores para un polvo seco elaborado con nanotubos de carbono y fluoruro de polivinilideno, así que estad atentos para obtener más información sobre este tema también.

Mientras tanto, las autoridades estadounidenses están decididas a reactivar la moribunda industria del litio del país, pero abundan los obstáculos. Por ejemplo, una mina de litio a cielo abierto propuesta en tierras federales de Nevada ha enfrentado fuertes vientos en contra, incluida la oposición de las tribus locales. Un nuevo fallo del Tribunal de Apelaciones parece haber despejado el camino para que la construcción comience este verano, pero no es una buena idea para los fanáticos de la movilidad eléctrica con cero emisiones.

Es posible que pronto llegue un enfoque menos polémico. El Departamento de Energía de Estados Unidos ha centrado su atención en la producción de litio a partir de salmuera geotérmica. Ese enfoque reduciría drásticamente la huella superficial de la extracción de litio.

El desafío es encontrar un método económico de extracción de salmuera que pueda competir con métodos ambientalmente destructivos pero menos costosos. La empresa Controlled Thermal Resources cree haber descubierto la receta mágica, combinando el valor del litio con el valor de la energía geotérmica.

La empresa comenzó a trabajar en su proyecto “Hell's Kitchen Lithium and Power” en la región del Mar Salton del Valle Imperial, California, en 2021.

En una visita al proyecto Hell's Kitchen a principios de este año, el gobernador de California, Gavin Newsome, destacó el potencial del “Valle del Litio” para satisfacer la sed de baterías para vehículos eléctricos en EE. UU. y más allá.

"Los expertos creen que Lithium Valley podría proporcionar suficiente litio para satisfacer toda la demanda futura de Estados Unidos y más de un tercio de la demanda mundial, impulsando la transición a vehículos de cero emisiones", explicó la oficina del Gobernador.

En el mismo viaje, el congresista estadounidense Raúl Ruiz (D-CA25) sugirió que el enfoque colaborativo de California evita la acritud provocada por la mina de litio de Nevada, incluida la participación de partes interesadas tribales.

Ese punto de vista fue respaldado por el presidente de Torres Martinez Desert Cahuilla, Thomas Tortez, Jr., quien tomó nota del “compromiso del Gobernador de fortalecer a las comunidades tribales con inclusión tribal, un diálogo significativo de persona a persona con un cronograma, considerando a las comunidades tribales como participantes activos en las transiciones a energías limpias y en la toma de decisiones colectivas con la determinación de tener éxito”.

“La extracción de litio y la energía geotérmica son un paso en la dirección correcta, pero aseguremos la protección cultural tribal y la distribución justa de los beneficios de la energía limpia, evitando impactos negativos desproporcionados en las comunidades tribales”, enfatizó.

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Foto: Nuevo método de procesamiento en seco para fabricar baterías de iones de litio para vehículos eléctricos, cortesía de Navitas Systems a través del Laboratorio Nacional Oak Ridge.

Tina se especializa en sostenibilidad militar y corporativa, tecnología avanzada, materiales emergentes, biocombustibles y cuestiones de agua y aguas residuales. Las opiniones expresadas son suyas. Síguela en Twitter @TinaMCasey y Spoutible.

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