211service.com
Por qué los iones de litio pueden gobernar las baterías durante mucho tiempo
2010 Los Regentes de la Universidad de California, a través del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley.
El Departamento de Energía de EE.UU. es lanzamiento un gran esfuerzo de investigación para desarrollar una nueva generación de baterías de iones de litio en gran medida libres de cobalto, un metal raro y costoso que se entrega a través de un cada vez más cadena de suministro preocupante .
El programa de tres años, parte de un esfuerzo más amplio para acelerar tecnologías vehiculares avanzadas, eventualmente podría conducir a dispositivos de consumo, autos eléctricos y almacenamiento en red más baratos y duraderos.
El científico de materiales Gerd Ceder está supervisando un proyecto bajo el programa de investigación del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley, cuyo objetivo es desarrollar sales de roca desordenadas como un material alternativo para los cátodos, el electrodo positivo en una celda recargable. Por lo general, los cátodos de las baterías de iones de litio requieren cobalto para crear y retener una estructura en capas en el electrodo, lo que permite que los iones de litio fluyan fácilmente a través de él. Pero hace varios años, Ceder y sus colegas descubrieron que esta nueva clase de materiales podría almacenar más litio, lo que podría aumentar la densidad de energía y evitar por completo la necesidad de cobalto (consulte Los materiales desordenados prometen mejores baterías).
El proyecto de Lawrence Berkeley, así como dos en el Laboratorio Nacional de Argonne, recibieron en conjunto $12,5 millones de la Oficina de Tecnologías de Vehículos del DOE.
En una entrevista con Revisión de tecnología del MIT , Ceder discutió los desafíos para garantizar que los nuevos materiales funcionen como una alternativa inmediata para la fabricación de baterías, las razones por las que la tecnología de iones de litio seguirá dominando el almacenamiento durante mucho tiempo y por qué toma tanto tiempo para cualquier avance de la batería para llegar al mercado.
Esta entrevista ha sido editada por razones de espacio y claridad.
¿Cuáles son los próximos pasos en el desarrollo de esta nueva clase de compuestos? ?
Han pasado algo así como cuatro años desde el descubrimiento inicial del concepto, y hay más de una docena de compuestos en esta categoría que ya han mostrado características prometedoras. Así que esa es la fase de descubrimiento, donde todos van y prueban todo tipo de químicas diferentes, como la exploración de Lewis y Clark.
El siguiente paso es tomar algunos de estos materiales que parecen prometedores y ver si podemos resolver todos los pequeños problemas que deben resolverse antes de que podamos hacer un producto comercial.
La capacidad de tasa de carga-descarga tiene que ser buena. El ciclo de vida, que establece la vida útil de la batería, debe mejorarse.
Y luego la gente aprende a hacer todo tipo de trucos de procesamiento y tratamientos de superficies, y así es como las baterías mejoran cada vez más.
Pero yo diría que algunos de estos materiales van a pasar a la siguiente etapa. Probablemente sea una de nuestras mejores apuestas en estos días para materiales de cátodos de mayor densidad de energía.
¿Por qué lleva tanto tiempo ver que los avances de laboratorio en almacenamiento lleguen realmente al mercado?
Para cualquier cosa, convertirlo en un producto comercial es una tarea larga, incluso si hace el descubrimiento más rápido. Es solo un camino muy largo hacia la optimización de materiales, las pruebas, la aceptación del cliente, todas estas cosas. Hasta el punto de que incluso si tuviera algo que funcionara perfectamente en el laboratorio hoy, probablemente tendría un trabajo de seis a diez años.
Alguien tiene que escalarlo. Tienen que probarlo. Luego tienen que pasárselo a un fabricante de baterías, un fabricante de celdas, que pasará dos años probándolo y luego, si finalmente les gusta, pueden hacer un pequeño producto con él, algo que vaya a un nicho de mercado, porque no quieren correr riesgos de mercado con nuevos productos.
hace unos años tu dicho que las baterías de estado sólido son casi una batería perfecta. ¿Qué piensas hoy?
Todavía soy optimista de que son un verdadero cambio de juego. Y creo que el producto final podría ser tan bueno, y eso justifica, creo, el esfuerzo y el impulso hacia él. Podría comenzar a verse como la batería ideal.
Habiendo dicho eso, por supuesto, en los años transcurridos desde entonces, nosotros y otras personas hemos descubierto todos los problemas que deben resolverse. Así que sigo pensando que es una de las cosas más prometedoras para el almacenamiento de energía en este momento. Pero hay muchos problemas que deben resolverse.
Estos electrolitos en estado sólido a menudo no son estables. Y a nadie se le ha ocurrido una forma excelente de fabricar baterías de estado sólido.
Puede hacerlos en el laboratorio, y las empresas pueden incluso hacer un prototipo, pero eso solo demuestra que puede hacerlo. No prueba que puedas hacerlo económicamente.
Muchos de estos son desafíos de ingeniería, y tengo este tipo de filosofía de que los desafíos de ingeniería se resuelven con dinero. Los problemas científicos pertenecen a una categoría muy diferente. Es difícil poner una línea de tiempo en la invención.
Pero confío en que sucederá.
Otra área en la que hemos visto algunas inversiones notables este año es el almacenamiento en red. ¿Qué caminos de investigación cree que son prometedores allí?
El almacenamiento en red es un comodín, en mi opinión. A corto plazo, solo veo que todo es de iones de litio. La razón es que es confiable y puede comprarlo a proveedores confiables hoy.
Puede tener una discusión filosófica sobre si esa es la mejor forma de almacenamiento de energía para la red o no. Pero si eres PG&E, ¿a quién le vas a comprar? Startup XYZ, ¿quién puede no estar allí en tres años, o vas a comprar a LG Chem, CATL o Samsung?
Por lo tanto, no excluyo que otras tecnologías puedan penetrar en la red, pero no deben subestimar la competencia del titular. El titular es siempre una potencia.
El contraargumento que escucha es que existen límites en cuanto a lo barato que puede ser el ion-litio, y no es la tecnología ideal para los días, semanas o incluso meses de almacenamiento que podría necesitar para la red (ver La razón de 2,5 billones de dólares por la que no podemos confiar en las baterías para limpiar la red).
Los iones de litio ya son bastante baratos. Todas estas otras tecnologías, si bien en el papel pueden tener una estructura de bajo costo, todavía tienen que llegar allí. Las empresas emergentes necesitan mercados de alto valor, y la red no es un mercado particularmente de alto valor.
Tomemos un ejemplo extremo: veamos el almacenamiento estacional. ¿Cuánto está dispuesto a pagar por un kilovatio-hora que mueve de junio a diciembre? La cosa tiene que ser increíblemente barata.
No me queda claro que las soluciones para esos problemas se encuentren en el almacenamiento electroquímico clásico. No todos los problemas deben resolverse con baterías.