22 años de personalización de baterías
Dec 18, 2019 Pageview：983
Las baterías de iones de litio son conocidas en todo el mundo como la química de batería más potente de la actualidad. Pero lo que muchos no saben es que estas baterías han recorrido un largo camino para ser lo que son hoy. Es más, todavía hay mucho margen de mejora. Científicos de todo el mundo siguen trabajando para que las baterías funcionen mejor y, al mismo tiempo, garanticen la seguridad.
Los funcionarios de la organización del Premio Nobel reconocieron recientemente que, debido a su peso y potencia, la batería de iones de litio es ahora parte de todas las casas. La batería tiene una capacidad inmejorable, lo que las hace ideales para el funcionamiento del sistema de almacenamiento de energía para energía solar y eólica. Como tal, el mundo avanza hacia una sociedad libre de combustibles fósiles.
¿Cuándo se inventó la batería de iones de litio?
En la década de 1970, una gran crisis del petróleo golpeó a todo el mundo. Este desastre inspiró una idea en Stanly Whittingham, un químico inglés, para encontrar una solución duradera. En ese momento, estaba trabajando para Exxon Mobile, lo que lo alentó aún más con la idea de una batería que pudiera tener la capacidad de recargarse automáticamente. Pensó en una batería de este tipo que podría eliminar la dependencia humana de los combustibles fósiles.
El primer intento de desarrollar estas baterías comenzó en 1970. Los científicos estaban tratando de encontrar una batería que alimentara todo. Esta invención fue simultánea a la invención de la electrónica portátil, los vehículos eléctricos y los teléfonos móviles.
Hace unas semanas, tres mentes geniales, John B. Goodenough, M. Stanley Whittingham y Akira Yoshino fueron galardonados con el Premio Nobel de Química. Este gesto fue un agradecimiento por la contribución en el desarrollo de la batería de iones de litio.
¿De dónde proviene el litio para las baterías?
El litio proviene de dos fuentes principales; minas y agua salada. Entre los dos, el último procesa alrededor del 87% del litio del mundo, lo que lo convierte en la fuente principal.
Litio de agua salada
Hay varias fuentes de agua salada de las que se extrae el litio. Entre ellos se encuentran los lagos salobres o salars que contienen la mayor cantidad de metal. Están ubicados en Bolivia, Argentina y Chile.
Del salar, el litio se recupera como carbonato de litio. Esta es la materia prima utilizada en las baterías de iones de litio.
El proceso de producción de este material es bastante sencillo. Todo lo que requiere es la evaporación natural, al igual que en la extracción de sal marina. El proceso deja atrás litio y otros metales, incluidos magnesio, calcio, sodio y potasio.
El agua del océano tiene la concentración más baja de litio. Se estima que solo tiene alrededor de 0,17 partes por millón. Sin embargo, para el caso del agua de mar, el 20% si su litio se puede recuperar fácilmente mediante el uso de membranas, filtros y resinas de intercambio iónico.
Minería de salmuera
Este es un proceso mucho más largo que tarda de ocho meses a tres años en completarse. Hay investigaciones en curso de diferentes científicos para encontrar una tecnología que pueda extraer litio y otros metales del agua de salmuera. Se están centrando en el uso de planes de energía geotérmica. Si esto tiene éxito, la salmuera geotérmica podría hacer que la recolección de litio sea más rápida que incluso la evaporación.
Salmuera de campo petrolífero
La salmuera del campo petrolífero es el agua salada que burbujea cada vez que hay un proceso de perforación de petróleo. Este litio se recolecta y se usa en industrias.
Minas más tradicionales
El 13% del litio en el mundo proviene de minas tradicionales. La roca dura (pegmatitas) tiene un contenido de litio aún mayor que la salmuera. Pero el proceso es bastante costoso.
¿Cuáles son el desarrollo y el futuro de la batería de iones de litio?
Wittingham comenzó su proyecto utilizando primero disulfuro de titanio y metal de litio. Se combinaron para crear electrodos. Sin embargo, hubo muchos problemas con ellos. Por ejemplo, vinieron con graves preocupaciones de seguridad. En un momento, las baterías sufrieron un cortocircuito y estallaron en llamas. Stanly tuvo que detener el experimento y quizás volver a la mesa de dibujo.
Dado que era una idea que ya estaba en marcha, muchos otros científicos estaban interesados en llevarla a cabo. John B. Goodenough fue una de esas mentes. Tenía otra idea todos juntos y quería probar, con diferentes materiales.
En 1980, Goodenough introdujo cobalto de litio como cátodo y eliminó el disulfuro de titanio. En este momento, los resultados fueron alentadores, produciendo una batería más segura con doble energía.
La idea de Wittingham había recibido un impulso que podría cambiar el futuro de las baterías. Aun así, ni siquiera estaba cerca de la perfección y muchas cosas podían salir mal. Se han reducido las posibilidades de cortocircuito mientras que se ha incrementado su capacidad para mantener el poder. Pero aún así, había algo que se podía hacer para sacar a relucir el poder real de las baterías de iones de litio.
Por el momento, Akira Yoshino de la Universidad Meijo en Nagoya, Japón, se unió a la causa para mejorar lo que habían comenzado los otros dos. Hizo un cambio importante que sentó las bases para las baterías de iones de litio que vemos hoy.
Yoshino no usó litio metálico como ánodo debido a su alta naturaleza reactiva. En cambio, introdujo el metal carbonoso y el coque de petróleo en la situación. Estos dos elementos abren las puertas a un descubrimiento revolucionario. Ahora las baterías no solo eran más seguras, sino que también tenían un rendimiento más estable.
Y con eso, el mundo recibió el primer prototipo de batería de iones de litio. Hoy en día, podemos disfrutar usando las baterías porque mentes mejores han trabajado para hacer las cosas aún mejor.
La primera producción comercial de baterías de iones de litio fue a principios de la década de 1990. Las primeras baterías de iones de litio tenían litio en movimiento reversible entre el cátodo y el ánodo. Se llamó la mecedora que fue tomada por Lazzari y Serosati. Surgieron otros desarrollos, con los laboratorios de Goodenough, por ejemplo, introduciendo óxido de metal de transición litiado.
El litio del mercado moderno no es tan fácil como esto. Hay muchos mercados adicionales para dispositivos grandes y pequeños. Se han agregado mejores funciones para mejorar el rendimiento y la seguridad. Por ejemplo, estas baterías ahora usan LiCoO2 como cátodo.
Con la aparición de bicicletas eléctricas y vehículos eléctricos, la demanda de baterías más potentes sigue aumentando. Las baterías de iones de litio han tomado la delantera y aún no hemos visto mejores mejoras.
Conclusión
Las baterías de iones de litio son las baterías más utilizadas del mundo. No se puede negar, el futuro todavía está abierto para esta química mientras los científicos continúan trabajando para mejorarla. Ya que están buscando baterías con mejores características; no podemos decir con certeza dónde está el futuro de las baterías de iones de litio. Pero sabemos con certeza que vendrán cosas mejores.
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