Por World energy trade – 24 de mayo de 2024
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Científicos acaban de desarrollar un nuevo tipo de material catódico con hierro para fabricar baterías de iones de litio para automóviles eléctricos, según nuevo reportaje de la revista Interesting Engineering.
Este material sustituiría a metales más caros y escasos, como el cobalto y el níquel, y allanaría el camino hacia baterías más baratas, seguras y sostenibles, con mayores densidades energéticas.
Los vehículos eléctricos podrían beneficiarse de este nuevo enfoque no sólo por la rentabilidad del nuevo material, sino también porque una colaboración codirigida por un investigador químico de la Universidad Estatal de Oregón lo considera una alternativa más sostenible.
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«Hemos transformado la reactividad del hierro metálico, la materia prima metálica más barata», declaró Xiulei «David» Ji, de la Universidad Estatal de Oregón.
«Nuestro electrodo puede ofrecer una mayor densidad energética que los materiales catódicos de última generación de los vehículos eléctricos. Y como utilizamos hierro, cuyo precio puede ser inferior a un dólar por kilogramo -una pequeña fracción del níquel y el cobalto, indispensables en las actuales baterías de iones de litio de alta energía-, el costo de nuestras baterías es potencialmente mucho menor.»
Los cátodos de hierro permiten mayor seguridad y sostenibilidad
Ji señaló además que, si bien el cátodo designa actualmente el 50% del costo de fabricación de las celdas de las baterías de iones de litio, los cátodos a base de hierro permitirían una mayor seguridad y sostenibilidad.
También destacó que dentro de unas décadas, la escasez prevista de níquel y cobalto detendrá la producción de baterías tal y como se practica actualmente.
Además, estos elementos han alcanzado su máxima densidad energética, y forzarlos más podría hacer que las baterías se incendiaran debido a la liberación de oxígeno durante la carga.
El cobalto es tóxico y puede contaminar los ecosistemas y las fuentes de agua si se filtra en los vertederos.
Este cambio no altera el funcionamiento básico de las baterías; por ejemplo, durante la descarga, los iones de litio se desplazan por el electrolito desde el ánodo hasta el cátodo basado en hierro, y viceversa durante la recarga.
El cátodo con base de hierro promete mayor densidad energética, mayor seguridad y menor costo.
Cuarto elemento más abundante en la corteza terrestre
«La escasez de recursos no limitará nuestro cátodo de hierro», señala Ji, quien explica que el hierro, además de ser el elemento más común de la Tierra medido en masa, es el cuarto más abundante en la corteza terrestre.
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Las nuevas baterías a base de hierro se fabricaron potenciando la reactividad del metal mediante un entorno químico especialmente diseñado.
Los investigadores idearon una mezcla de aniones flúor y fosfato que permitía la conversión reversible de polvo de hierro, fluoruro de litio y fosfato de litio en sales de hierro.
Este diseño permitió utilizar hierro en el cátodo sin necesidad de modificar el ánodo, las líneas de producción o los diseños de las baterías.
«Hemos demostrado que los materiales diseñados con aniones pueden romper el techo de la densidad energética para conseguir baterías más sostenibles y menos costosas», explicó Ji.
«No estamos utilizando una sal más cara en combinación con hierro, sino las que ha estado utilizando la industria de las baterías y luego polvo de hierro».
«Para poner este nuevo cátodo en aplicaciones, no hay que cambiar nada más: ni nuevos ánodos, ni nuevas líneas de producción, ni un nuevo diseño de la batería. Sólo estamos sustituyendo una cosa, el cátodo», añadió Ji.
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