Antes de llegar a Bill Gates, la viuda de Steve Jobs y el almacenamiento de calor, hay que recorrer el camino del litio al grafito. Por su elevado calor específico, el litio se emplea en aplicaciones de transferencia de calor; y por su elevado potencial electroquímico constituye un ánodo adecuado para las baterías eléctricas. Son 2 problemas diferentes -calor y energía- pero también confluyen en denominadores comunes. El litio es un denominador común. Los investigadores trabajan en forma incesante sobre los materiales y sus utilizaciones.
DEL LITIO AL GRAFITO
El calor vincula a Bill Gates y la viuda de Steve Jobs
Almacenar energía / almacenar calor: la tecnología tiene modelos buscando sustitutos al litio. Curiosa apuesta de Bill Gates y la viuda de Steve Jobs (juntos).
22 de marzo de 2024 - 15:45
Bill Gates sigue buscando fuentes alternativas de energía.
Por supuesto que es una paradoja que el calor deteriora la vida útil de las baterías de litio, y por eso todas la baterías de vehículos eléctricos o híbridos tienen que llevar un sistema de refrigeración.
No perder de vista este concepto: Las baterías de iones de litio tienen una alta densidad de energía, y pueden almacenar una gran cantidad, en relación con su peso y tamaño.
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Problemas
Así, el litio es una de las materias primas más codiciadas: ingrediente fundamental de las baterías de smartphones, tablets y vehículos eléctricos, entre muchos otros dispositivos. Su producción global se ha cuadruplicado desde 2010, y aun así es una materia prima muy cotizada.
Australia, Chile y China lideran su producción. Detrás la Argentina, Brasil, Zimbabue, USA y Portugal. Tal como los hidrocarburos o los minerales, no todos los países tienen litio.
Luego, un profundo impacto medioambiental, y demora varios cientos de miles de años en degradarse una vez que ha sido procesado.
Además, la fabricación de las baterías requiere la utilización de una gran cantidad de agua y energía. Y son difíciles de reciclar. Hay una búsqueda de alternativas al litio.
La web Xataka realizó una investigación de la que se extraen algunos fragmentos.
Alternativas
Las baterías de estado sólido son una evolución de las baterías de iones de litio.
Cada una de las celdas de las baterías de iones de litio está conformada por 2 electrodos metálicos o de un material compuesto sumergidos en un líquido conductor: el electrolito. Y utiliza una sal de litio que contiene los iones necesarios para la reacción química reversible entre el cátodo y el ánodo: los electrodos.
Las baterías de estado sólido recurren al mismo principio pero utilizan un electrolito sólido en vez de uno en estado líquido.
Algunos equipos de investigación han propuesto electrolitos de cerámica, de cristal o de nanohilos de oro y manganeso. Hasta ahora sin éxito.
Opción #1: Crustáceos
De pronto aparece la 'quitina', polisacárido del exoesqueleto de los artrópodos: crustáceos e insectos.
El Centro para la Innovación en Materiales de la Universidad de Maryland (USA), investiga si la quitina puede reemplazar al litio, si se la combina con zinc.
Además, su eficiencia más allá de las primeras 400 horas de utilización es del 99,7%: podría dilatar la vida útil de las baterías.
Las baterías con electrolito de zinc y quitina son ambientalmente óptimas porque la quitina es biodegradable y se descompone en 5 meses.
El zinc se puede reciclar. las sales de litio están en problemas....
La quitina es abundante en la biosfera (solo lo supera la celulosa) pero ¿podría satisfacer la demanda global?
Además, aún tiene que demostrar su viabilidad en la economía de escala.
Opción #2: Iones de sodio
CATL (Contemporary Amperex Technology) presentó su batería de iones de sodio a principios de agosto de 2021. Prometían
- cargas del 80% en 15 minutos,
- densidad de energía competitiva de 160 Wh/kg, inferior al que entregan los dispositivos de litio, que van de 200 a 250 Wh/kg.; y
- gran estabilidad térmica (tanto en altas temperaturas como a baja temperatura).
Según CATL el principio es similar al de los dispositivos de litio.
China ha incluido esta tecnología en su Plan Nacional de Energía.
Opción #3: Baterías de litio-azufre
La composición de las baterías de litio-azufre no prescinden del litio, que está presente en el ánodo. El azufre se utiliza en el cátodo.
Pero las baterías de litio convencionales emplean níquel, manganeso y cobalto en el cátodo, elementos químicos poco abundantes. Pero el azufre es abundante en la corteza terrestre y su extracción es sencilla.
Las baterías de litio-azufre tienen una mayor densidad de energía. Ya están disponibles en el mercado, pero su capacidad de carga tienen apenas unos 50 ciclos de carga. Eso sí, la compañía surcoreana LG Chem y la alemana Theion prometen baterías de litio-azufre competitivas en 2025.
El sol
Ahora, volvamos a la cuestión del calor, conque comenzamos. Las baterías térmicas siguen alimentándose del calor de combustibles fósiles que emiten gases de 'efecto invernadero'.
Hay una búsqueda incesante de alternativas.
La startup Antora Energy (California, USA) cree posible producir un calor conservable a partir de fuentes de energía renovables.
Es una batería térmica del tamaño de una casa, llena de bloques que pueden calentarse a 1.600°C, la temperatura a la que se funde el acero.
La tecnología es experimental y la empresa sigue probando combinaciones de roca y sales fundidas, pero el material que más le interesa es el grafito.
El secreto
El grafito es una forma de carbono con una alta densidad energética.
Además, es barato y existe una enorme cadena de suministro.
Pero es difícil recuperar el calor de un bloque de grafito.
La batería térmica de Antora se calienta con la electricidad de miles de paneles solares, que pueden repetir el proceso 24 veces al día a lo largo de 30 años.
Antora agregó cavidades a los bloques de grafito y 'ventanas' para que la luz pueda salir y generar vapor. En el futuro, pretenden usar esa luz para producir calor a temperaturas mucho más altas en industrias como las del cemento y el acero.
Antora realizó en 2022 una 1ra. ronda de inversión de US$ 50 millones.
Ahora acaba de cerrar una ronda de US$ 150 millones. Entre sus inversores se cuentan Bill Gates y Laurene Powell Jobs, la viuda de Steve Jobs.
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