Los materiales catódicos que componen las baterías de iones de litio son esenciales para el funcionamiento de los vehículos eléctricos; sin embargo, su producción siempre implica procesos complejos que consumen mucha agua. Sin embargo, recientemente se han producido avances gracias a la creación de una nueva técnica de síntesis completamente en seco, en la que el óxido de sal de roca permite fabricar baterías de mayor calidad. Esto podría reducir significativamente los costes de fabricación y el impacto ambiental.
Investigadores de la Universidad de Dalhousie lograron avances significativos en el desarrollo de un método de síntesis completamente en seco para materiales catódicos NMC622. Este proceso podría reducir costos y minimizar el impacto ambiental en comparación con los métodos tradicionales.
El estudio se centró en el uso de precursores de óxido de sal de roca (RS) para crear cátodos NMC622. Compararon este método con el enfoque convencional de precursores de hidróxido (HP) e investigaron los efectos de diversas condiciones de síntesis.
Puntos clave
- La síntesis completamente seca utilizando precursores RS muestra resultados prometedores para Producción de cátodos rentable y respetuosa con el medio ambiente.
- El proceso requiere mayores cantidades de litio para compensar las pérdidas por evaporación y mejorar la homogeneidad de la composición.
- El Li2CO3 líquido actúa como fundente durante la síntesis, mejorando la cristalinidad y litiación rápida del precursor RS.
- NMC elaborado a partir de precursores RS con 20% de exceso de Li mostraron una eficiencia coulombiana inicial, polarización y retención de capacidad similares a las del NMC elaborado a partir de precursores de HP.
“ La fabricación del material del cátodo de iones de litio requiere mucha energía y agua, y genera residuos. Tiene el mayor impacto en el medio ambiente, especialmente en lo que respecta a la huella de carbono de la batería ”, afirma el Dr. Mark Obrovac.
Los investigadores analizaron las propiedades estructurales y morfológicas de los materiales sintetizados utilizando diferentes técnicas de caracterización como:
- Difracción de rayos X (XRD)
- Microscopía electrónica de barrido (SEM)
- Espectroscopia de rayos X por dispersión de energía (EDS)
Descubrieron que los mejores cátodos están hechos de monocristales con partículas de aproximadamente 5 micras de ancho. Ajustando con precisión sus ingredientes y las condiciones de calentamiento, el equipo de investigación creó cátodos de calidad similar mediante un proceso completamente en seco. Estos cátodos igualan el rendimiento de los mejores productos del mercado actual.
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Desafíos
- El litio reacciona más lentamente con los precursores RS que con los precursores HP cuando se calienta por debajo de 723 °C.
- Las baterías fabricadas con NMC a partir de precursores RS tienen una composición menos uniforme y, por lo tanto, una menor capacidad en comparación con las fabricadas con precursores HP.
- Los investigadores necesitan hacer que la reacción del litio en el método precursor RS sea consistente y más rápida para obtener mejores baterías.
Acciones potenciales en curso
El Dr. Obrovac se ha asociado con NOVONIX , una empresa de baterías de Nueva Escocia. En su planta piloto en Dartmouth, utilizan métodos totalmente secos para fabricar materiales catódicos. Esta planta tiene una capacidad de producción de 10 toneladas de material catódico al año.
En comparación con los métodos húmedos tradicionales, su proceso ofrece:
- Costos de instalación 30% más bajos
- 50% menos de costes de funcionamiento
- 25% menos de consumo de energía
- No necesita agua procesada
- Generación de cero residuos
“ Son cifras importantes; representan un cambio radical en la producción de estos materiales para baterías. Esto debería traducirse en baterías de menor coste en general y con una huella de calentamiento global sustancialmente menor ”, añade el Dr. Mark Obrovac.
Conclusión
Este método presenta un enorme potencial para que la producción de baterías sea más ecológica y asequible. La industria de los vehículos eléctricos podría beneficiarse significativamente, a pesar de los obstáculos que persisten. A medida que avanza la investigación, la importancia de este enfoque innovador para el avance de la tecnología de baterías sostenibles podría resultar crucial.
