Ha comenzado la carrera para generar nuevas tecnologías que preparen a la industria de las baterías para la transición hacia un futuro con más energía renovable. En este panorama competitivo, es difícil decir qué empresas y soluciones saldrán victoriosas.
Las corporaciones y universidades se están apresurando a desarrollar nuevos procesos de fabricación para reducir los costos y el impacto ambiental de la construcción de baterías en todo el mundo. Están trabajando para desarrollar nuevos enfoques para construir cátodos y ánodos (los componentes de las baterías cargados positiva y negativamente) e incluso utilizar diferentes iones para mantener la carga. Si bien no podemos analizar todas las tecnologías que están en desarrollo, podemos analizar algunas para darle una idea de los problemas que la gente está tratando de resolver.
Fabricación más limpia
La empresa Sylvatex, con sede en California, ha desarrollado un proceso eficiente y sin agua para fabricar material activo catódico (CAM). «Esta innovación de proceso reduce el costo total de CAM en un 25 por ciento, al tiempo que utiliza un 80 por ciento menos de energía y elimina el uso de agua y los flujos de desechos de sulfato de sodio», dijo Virginia Klausmeier, directora ejecutiva y fundadora de Sylvatex.
El objetivo de Sylvatex es reducir la huella de carbono del proceso de fabricación de baterías, según Klausmeier. Sostuvo que otras empresas han ampliado un proceso ineficiente a medida que el mercado ha crecido rápidamente. “Estas plantas utilizan 200 millones de galones de agua al año. El material del cátodo representa entre el 50 y el 70 por ciento del costo de la batería”.
Según Alex Kosyakov, cofundador y director general de la empresa de componentes de baterías Natrion, el proceso habitual de fabricación de cátodos y baterías de iones de litio consta de muchos pasos. Los fabricantes comienzan tomando minerales con bajas concentraciones iniciales de metales extraídos como cobalto, manganeso, aluminio y níquel. Los descomponen en trozos muy pequeños en inmensas cubas que contienen paletas giratorias o bolas de cerámica.
Las empresas tratan los minerales con una solución de ácido sulfúrico que contiene grandes cantidades de agua. Después de este paso se extraen las sales de sulfato. El tratamiento produce la liberación de dióxido de azufre a la atmósfera, lo que provoca lluvia ácida y genera problemas de seguridad en el lugar de trabajo.
Luego, los fabricantes mezclan sales de sulfato con sales de litio, las combinan y las muelen hasta convertirlas en polvo. Calientan los polvos en enormes hornos a altas temperaturas para eliminar las impurezas y luego los calientan nuevamente para fusionar el litio con el metal y el oxígeno.
Después de esto, para hacer los cátodos, se suele moler nuevamente los polvos. Luego elaboran una tinta o una suspensión combinando el polvo resultante con disolventes y aglutinantes. Pintan el líquido resultante sobre papel de aluminio y lo dejan secar. Luego, cortan la lámina recubierta al tamaño adecuado, la colocan en capas con los otros materiales de la batería, presionan las capas resultantes en una prensa enrollable, las enrollan en un carrete o bobina y las colocan en la lata de la batería.
«Lo que hicimos fue desarrollar un proceso que llamamos nuestro proceso de ‘próxima generación’ que no requiere agua», dijo Klausmeier. «Utiliza una versatilidad o flexibilidad de materias primas sin moléculas de sulfato, por lo que no se generan esos desechos, por lo que se puede utilizar una gama más amplia de insumos que pueden provenir de materiales reciclados… o materiales extraídos y refinados que deben extraerse». y menos refinado”.
Klausmeier dijo que su empresa utiliza hidróxidos u óxidos metálicos como materia prima. El proceso implica combinar estos materiales con un aditivo patentado que ella describe como «no exactamente un tensioactivo» en una olla que los mezcla. A esto le sigue una etapa de calcinación. (La calcinación implica elevar la temperatura de un compuesto en un ambiente con oxígeno limitado pero sin calentarlo tanto como para que se derrita).
Eliminar el azufre del proceso reduce los riesgos de fabricación al crear el CAM.