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Energía

"Las baterías de estado sólido van a cambiar las reglas del juego"

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Aunque tal vez existan otras formas mejores de almacenamiento, el científico de materiales Gerd Ceder cree que el actual reinado de los iones de litio ofrece ventajas a corto plazo frente a cualquier otra tecnología. Su investigación se centra en seguir mejorándolas con materiales innovadores

  • por James Temple | traducido por Ana Milutinovic
  • 19 Septiembre, 2018

El Departamento de Energía de EE. UU. ha lanzado un importante estudio de investigación para desarrollar una nueva generación de baterías de iones de litio. El objetivo de esta nueva versión de baterías consiste en reducir drásticamente sus niveles de cobalto, un metal caro y poco común que se obtiene a través de una cadena de suministro cada vez más problemática (ver No mire a otro lado, su móvil y su portátil se alimentan con baterías 'de sangre').

El programa, que durará tres años, forma parte de un esfuerzo más amplio para acelerar las tecnologías de vanguardia para vehículos. Si tiene éxito, la iniciativa podría ayudar a que los dispositivos de consumo, los coches eléctricos y el almacenamiento de red sean más asequibles y tengan una mayor vida útil.

El científico de materiales del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley (EE.UU.) Gerd Ceder es el encargado de supervisar uno de los proyectos del programa de investigación. Su iniciativa intenta desarrollar "sales de roca disgregadas" que actúen como material alternativo para los cátodos, el electrodo positivo en una pila. Normalmente, los cátodos de las baterías de iones de litio dependen del cobalto para crear y retener una estructura estratificada 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 los materiales disgregados pueden almacenar más litio, lo que aumentaría la densidad de energía y evitaría la dependencia del cobalto por completo.

El proyecto del Lawrence Berkeley y otras dos iniciativas similares del Laboratorio Nacional Argonne (también en EE. UU.) han recibido algo más de 10 millones de euros de la Oficina de Tecnologías de Vehículos del Departamento de Energía de EE. UU.

Ceder ha conversado con MIT Technology Review sobre los desafíos para lograr que estos nuevos materiales colonicen la fabricación de baterías, sobre las razones por las que la tecnología de iones de litio continuará dominando el almacenamiento durante mucho tiempo, y sobre por qué cualquier avance en baterías tarda tanto en llegar al mercado (ver Por qué los avances en baterías nunca cumplen lo que prometen).

¿Cuáles son los próximos pasos para crear esta nueva clase de compuestos?

Han pasado cuatro años desde que descubrimos el concepto. Desde entonces, más de una docena de compuestos disgregados que han mostrado características prometedoras. Esa fase es la del descubrimiento, en la que todo el mundo prueba todo tipo de químicas diferentes, como Lewis y Clark explorando.

El siguiente paso es escoger los materiales que parecen más prometedores y ver si podemos resolver todos los pequeños problemas antes de crear un producto comercial. Su capacidad de carga y descarga tiene que ser buena. Se deben mejorar los ciclos de vida útil de la batería.

Luego, los investigadores van descubriendo todo tipo de trucos de procesamiento y tratamientos de superficie, y es así como las baterías mejoran cada vez más.

Creo que algunos de estos materiales pasarán a la siguiente etapa. Probablemente, ahora mismo sea una de nuestras mejores apuestas para encontrar materiales con mayor densidad de energía para el cátodo.

¿Por qué los avances de laboratorio en el almacenamiento tardan tanto tiempo en llegar al mercado?

Convertir cualquier cosa en un producto comercial es un gran esfuerzo, incluso si el descubrimiento es más rápido. Es un camino muy largo para la optimización de los materiales, las pruebas, la aceptación del cliente, y todo eso. Hasta el punto de que, incluso si ahora mismo tuviera algo que funcionara perfectamente en el laboratorio, probablemente necesitaría un plazo de seis a diez años [para llevarlo al mercado].

Alguien tiene que apoyarlo. Deben probarlo. Luego tienen que pasárselo a un fabricante de baterías, que pasará dos años comprobándolo y luego, si finalmente le gusta, podrá fabricar un producto pequeño, destinado a un mercado nicho, porque no quiere asumir riesgos de mercado con nuevos productos.

Hace unos años, dijo que las baterías de estado sólido son "casi perfectas". ¿Qué piensa hoy?

Todavía soy optimista y creo que realmente van a cambiar las reglas del juego. Pienso que el producto final podría ser muy bueno, y eso justifica el esfuerzo y el impulso para conseguirlo. Podría comenzar a parecerse a la batería ideal.

Por supuesto, en los años siguientes, tanto nosotros como otros investigadores hemos descubierto todos los problemas que tienen y que hay que resolver. Así que todavía confío en que son una de las cosas más prometedoras para el almacenamiento de energía en este momento. Pero hay muchos temas que solucionar.

Estos electrolitos de estado sólido tienden a ser inestables. Y nadie ha inventado una buena forma de fabricar baterías de estado sólido. Podemos hacerlas en el laboratorio, y las empresas incluso pueden crear un prototipo, pero eso solo demuestra que es posible fabricarlas, pero no de forma económica.

Los desafíos de ingeniería son numerosos, y mi filosofía es que hace falta dinero para resolverlos. Los problemas científicos están en una categoría muy diferente. Es difícil establecer un calendario para 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 estrategias de investigación considera más prometedoras en este campo?

El almacenamiento en red es un comodín, en mi opinión. A corto plazo, todo lo que veo se basa en iones de litio, porque son fiables y pueden comprarse fácilmente a día de hoy.

Se puede tener una discusión filosófica sobre si esa es la mejor forma de almacenamiento de energía para la red o no. Pero si tú eres la Compañía de Gas y Electricidad del Pacífico, ¿a quién le vas a comprar? ¿A una start-up que tal vez no exista dentro de tres años, a LG Chem o a Samsung?

No digo que no haya otras tecnologías capaces de penetrar en la red, pero no deben subestimar a la competencia de los grandes. Los grandes siempre son una fuente de poder.

Los detractores de las baterías de iones de litio critican que su reducción de precio tiene un límite y que no es una tecnología ideal para los días, semanas o incluso meses de almacenamiento que la red necesita (ver El desorbitado precio de cargar el mundo con energía 100 % renovable).

Estas baterías ya tienen un precio bastante bajo. Las demás tecnologías pueden ser baratas sobre el papel, pero todavía tienen que llegar al mercado. Las start-ups necesitan mercados de alto valor, y el de la red no es uno especialmente valioso.

Veamos el ejemplo extremo del almacenamiento estacional. ¿Cuánto estaríamos dispuestos a pagar por un kilovatio-hora que pasamos de junio a diciembre? Debería ser increíblemente barato.

No tengo claro que las soluciones para esos problemas se encuentren en el clásico almacenamiento electroquímico. No todos los problemas deberían resolverse con baterías.

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