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Baterías de iones de litio por menos
Una nueva forma de fabricar materiales avanzados para baterías de iones de litio aborda uno de sus principales problemas restantes: el costo. Arumugam Manthiram , profesor de ingeniería de materiales en la Universidad de Texas en Austin, ha demostrado que un método basado en microondas para producir fosfato de hierro y litio lleva menos tiempo y utiliza temperaturas más bajas que los métodos convencionales, lo que podría traducirse en costos más bajos.
Nano potencia: Una imagen de microscopio electrónico de partículas en forma de varilla de 40 nanómetros de ancho que forman un material de batería prometedor.
El fosfato de hierro y litio es una alternativa al óxido de cobalto y litio que se utiliza en la mayoría de las baterías de iones de litio de las computadoras portátiles. Promete ser mucho más barato porque utiliza hierro en lugar del cobalto, un metal mucho más caro. Aunque almacena menos energía que algunos otros materiales de iones de litio, el fosfato de hierro y litio es más seguro y se puede fabricar de manera que permita que el material entregue grandes ráfagas de potencia, propiedades que lo hacen particularmente útil en vehículos híbridos.
De hecho, el fosfato de hierro y litio se ha convertido en uno de los materiales de batería más novedosos. Por ejemplo, Sistemas A123 , una startup con sede en Watertown, MA, que ha desarrollado una forma del material, ha recaudado más de $ 148 millones y comercializado baterías para herramientas eléctricas recargables que pueden superar a las herramientas enchufables convencionales. El material también es uno de los tipos que se están probando para un nuevo automóvil eléctrico de General Motors.
Pero ha resultado difícil y costoso fabricar baterías de fosfato de hierro y litio, lo que reduce los posibles ahorros de costos en comparación con las baterías de iones de litio más convencionales. Normalmente, los materiales se fabrican en un proceso que lleva horas y requiere temperaturas de hasta 700 ° C.
El método de Manthiram implica mezclar productos químicos disponibles comercialmente (hidróxido de litio, acetato de hierro y ácido fosfórico) en un disolvente y luego someter esta mezcla a microondas durante cinco minutos, lo que calienta los productos químicos a unos 300 ° C. El proceso forma partículas en forma de varilla de fosfato de hierro y litio. Las partículas de mayor rendimiento miden aproximadamente 100 nanómetros de largo y 25 nanómetros de ancho. El tamaño pequeño es necesario para permitir que los iones de litio entren y salgan rápidamente de las partículas durante la carga y descarga de la batería.
Para mejorar el rendimiento de estos materiales, Manthiram recubrió las partículas con un polímero conductor de electricidad, que a su vez se trató con pequeñas cantidades de un tipo de ácido sulfónico. Las nanopartículas recubiertas se incorporaron luego a una pequeña celda de batería para realizar pruebas. A velocidades lentas de descarga, los materiales mostraron una capacidad impresionante: a 166 miliamperios hora por gramo, los materiales se acercaron a la capacidad teórica del fosfato de hierro y litio, que es de 170 miliamperios hora por gramo. Esta capacidad se redujo rápidamente a tasas de descarga más altas en las pruebas iniciales. Pero Manthiram dice que las nuevas versiones del material han mostrado un mejor rendimiento.
Todavía es demasiado pronto para decir en qué medida el nuevo enfoque reducirá los costos en la fabricación de baterías de fosfato de hierro y litio. Las bajas temperaturas del método pueden reducir la demanda de energía, y el hecho de que sea rápido puede conducir a una mayor producción con la misma cantidad de equipo, lo cual puede hacer que la fabricación sea más económica. Pero el costo del polímero conductor y del equipo de fabricación también debe tenerse en cuenta, y el proceso debe demostrarse a gran escala. El proceso también deberá competir con otros métodos de fabricación experimentales prometedores, dice Stanley Whittingham , profesor de química, ciencia de los materiales e ingeniería en la Universidad Estatal de Nueva York, en Binghamton.
Manthiram ha publicado recientemente avances para otros dos tipos de materiales de baterías de iones de litio y está trabajando con ActaCell , una startup con sede en Austin, TX, para comercializar la tecnología desarrollada en su laboratorio. La compañía, que la semana pasada anunció que había recaudado 5,58 millones de dólares en fondos de riesgo, ya ha obtenido la licencia de algunas de las tecnologías de Manthiram, pero no dirá qué tecnología hasta el próximo año.