Los investigadores introducen alternativas a las baterías de litio

(CN) - A medida que aumenta la demanda global, los recursos minerales necesarios para fabricar baterías pueden reducirse, pero los investigadores del Instituto de Tecnología de Georgia dicen que pueden haber encontrado una alternativa viable a la construcción tradicional de baterías de litio.

Los científicos de Georgia Tech dicen que una nueva investigación sugiere que las baterías fabricadas con potasio y sodio son prometedoras, y quizás incluso mejores que las de litio, para el almacenamiento de baterías.

El equipo publicó un estudio en la revista Joule el martes para delinear el estudio de las baterías de potasio y sodio. Dice que el potasio y el sodio no son los iones preferidos para la fabricación de células porque son más susceptibles a la descomposición que otros iones como el litio.

“ Pero descubrimos que este no es siempre el caso”, dijo Matthew McDowell, profesor asistente de la Escuela de Ingeniería Mecánica George W Woodruff, en un comunicado.

Los científicos han estudiado la reacción de tres iones (litio, sodio y potasio) con partículas de pirita mineral. Descubrieron que la pirita es más estable durante la reacción con sodio y potasio, lo que puede indicar que las baterías basadas en iones de sodio o potasio pueden ser mucho más largas de lo que se pensaba.

Cuando la batería se carga y se descarga, los iones reaccionan con las partículas que constituyen el electrodo de la batería y penetran en las partículas. Los estudios han demostrado que este proceso hace que el volumen de las partículas del electrodo varíe mucho, a menudo rompiéndolas en pedazos pequeños. Dado que los iones de sodio y potasio son más grandes que el litio, se cree que estos iones causan una mayor degradación del electrodo de la batería.

Las baterías de iones de litio tienen una alta densidad de potencia y un costo relativamente bajo, lo que las convierte en la mejor opción para dispositivos electrónicos portátiles, redes eléctricas y almacenamiento de energía para vehículos híbridos y eléctricos en crecimiento.

Según el Servicio Geológico de EE. UU., Las baterías representan el 39% del consumo mundial de litio.

Los científicos del Instituto de Tecnología de Georgia observaron reacciones químicas mediante microscopía electrónica utilizando electrodos de batería de potasio, litio y sodio y sulfuro de hierro. Según el estudio, encontraron que el sulfuro de hierro es más estable cuando reacciona con sodio y potasio que con litio.

Matthee Boebinger, un estudiante de posgrado en Georgia Tech, dijo: "Vimos una respuesta muy fuerte, sin interrupciones, lo que indica que este y otros materiales similares se pueden usar en estas nuevas baterías y tienen una mayor estabilidad".

La batería tiene tres componentes principales: el cátodo, el ánodo y la solución de electrolito. Cuando el cátodo y el ánodo están conectados, los electrones fluyen desde el ánodo al cátodo, generando una corriente eléctrica.

El litio suele estar presente en el cátodo de la batería, mientras que el electrolito suele estar presente en forma de sal de litio. El material del ánodo es típicamente a base de carbono, típicamente grafito. Las baterías de iones de litio pueden producir el doble de energía que las baterías alcalinas.

"Las baterías de litio siguen siendo las más atractivas ahora porque tienen la densidad de energía más alta. Puede almacenar mucha energía en este espacio", dijo McDowell. “Las baterías de sodio y potasio no tienen más densidad en este punto, pero se basan en elementos que son 1000 veces más abundantes en la Tierra que las baterías de litio-litio. Por lo tanto, pueden ser mucho más baratos en el futuro, para el almacenamiento de energía a gran escala, para la familia. Es muy importante proporcionar energía de respaldo a la red futura ".

Según el Servicio Geológico de EE. UU., La producción mundial de litio aumentó aproximadamente un 12% en 2016, para hacer frente a la mayor demanda de aplicaciones de baterías.

Las reservas de litio se distribuyen en cinco continentes: América del Norte, América del Sur, África, Asia y Australia. América del Sur tiene la concentración más alta, que representa alrededor del 66% de las reservas mundiales de litio.

Hay dos formas principales de producir litio: salmuera y roca dura. Cuando se utiliza salmuera, el mineral se ha concentrado en la solución acuosa y es extraíble. Se han encontrado suministros de pegmatita de roca dura en todo el mundo, pero las pegmatitas ricas en granito son poco comunes y representan menos del 1% de los depósitos de pegmatita del mundo.

Chile es el segundo mayor productor de litio del mundo, con las reservas de litio en primer lugar. Sus reservas se conservan en salinas y el principal yacimiento es el Salar de Atacama. El área cubre un área de aproximadamente 3,000 kilómetros cuadrados y se estima que tiene 6,8 millones de toneladas de reservas de litio.

El otoño pasado, una investigación realizada por científicos de la Universidad de Stanford mostró que puede haber más reservas de litio en los volcanes de América del Norte, lo que puede ayudar a reducir la dependencia de Estados Unidos de los suministros internacionales de litio.

Aunque el consumo anual actual de litio es pequeño en comparación con las reservas mundiales de litio extraíbles estimadas, los investigadores de la Universidad de Stanford dicen que la demanda de litio puede volverse crítica para 2030. El uso de baterías de iones de litio en la electrónica móvil y los vehículos híbridos y eléctricos requiere el descubrimiento de nuevos recursos de litio para satisfacer la creciente demanda y diversificar la cadena de suministro mundial de litio.

Los estudios de la Universidad de Stanford han demostrado que los sedimentos de los lagos supervolcánicos conservados en cráteres tienen el potencial de depositar grandes cantidades de arcilla de litio.

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