El rápido aumento en las ventas de automóviles eléctricos está provocando una escasez de baterías. Para resolver este problema, debemos mejorar en el reciclaje de las materias primas utilizadas en las baterías y acelerar el desarrollo de nuevos tipos de baterías.

Parece una consecuencia natural de su condena cuando el profesor Poul Norby conduce su automóvil eléctrico casi en silencio hacia el estacionamiento del campus de DTU Lyngby camino a la oficina. Aquí, su investigación se centra en crear conocimiento que pueda allanar el camino para mejores baterías en los automóviles, entre otras cosas.

"Desde mi punto de vista, el coche eléctrico resuelve muchos más problemas de los que crea", dice el profesor.

El estatus ecológico de los coches eléctricos siempre ha sido muy debatido, sobre todo porque la producción de baterías de coches eléctricos genera una cantidad significativamente mayor de CO₂. que las baterías de automóviles convencionales, y la extracción de sus materias primas es potencialmente problemática.

Sin embargo, los análisis del ciclo de vida de un automóvil eléctrico, desde la línea de ensamblaje hasta el depósito de chatarra, muestran que los automóviles eléctricos en Dinamarca emiten significativamente menos CO₂ en general que los coches que funcionan con gasolina o diésel. Además, se han implementado medidas para garantizar una extracción más ecológica que beneficiará tanto a los mineros como al medio ambiente.

Poul Norby es solo uno entre un grupo creciente de personas que invierten en un futuro libre de combustibles fósiles mediante la compra de un automóvil eléctrico:según cifras de la Agencia Internacional de Energía, el año pasado se vendieron 6,6 millones de automóviles eléctricos en todo el mundo. Eso es tres veces más que dos años antes. De hecho, la cantidad promedio de autos eléctricos vendidos en solo una semana en 2021 fue igual a la cantidad total de autos eléctricos vendidos durante todo 2013.

Este rápido aumento de las ventas está provocando una escasez de baterías. En parte porque será difícil extraer materias primas como el cobalto, el litio, el níquel y el grafito, que actualmente se utilizan a menudo en las baterías, con la suficiente rapidez y responsabilidad. Y en parte porque es probable que la demanda de baterías supere la capacidad de producción durante un período de tiempo.

Presión sobre las materias primas

En un estudio realizado en abril de este año, investigadores de KU Leuven en Bélgica estimaron que para lograr el objetivo de convertirse en climáticamente neutral para 2050, Europa necesitará 36 veces más litio y más de cuatro veces más cobalto que ahora. Esto creará una batalla por los recursos.

Según Poul Norby, una forma de aliviar los cuellos de botella inevitables es desarrollar nuevos y mejores tipos de baterías que utilicen menos materias primas que tendrán mayor demanda.

El desafío del suministro, entre otras cosas, acelerará el trabajo para encontrar alternativas a las baterías de iones de litio que se utilizan en la mayoría de los automóviles eléctricos en la actualidad y que aún contienen aproximadamente un 10 % de cobalto, a pesar de los esfuerzos por reducir la cantidad.

Ya se ha realizado una amplia investigación para encontrar alternativas al cobalto, reemplazándolo con hierro o manganeso, entre otras cosas. Esto lleva al profesor a hacer una predicción audaz:

"En cinco años, no habrá cobalto en nuestras baterías de iones de litio. Esa es una declaración muy audaz, pero es hacia donde nos dirigimos, porque el cobalto es problemático de muchas maneras".

Proceso de desarrollo más rápido

El peso, el rendimiento y el precio de la batería juegan un papel importante para determinar si algo es una alternativa interesante a la popular batería de iones de litio. Los primeros dos parámetros ayudan a garantizar que los autos eléctricos puedan funcionar el mayor tiempo posible con una sola carga.

Junto con varios colegas de DTU, Poul Norby forma parte del proyecto de investigación de baterías más grande y costoso de la UE hasta la fecha, el BIG-MAP. Su tarea es desarrollar un proceso eficiente para evaluar qué materiales son buenos candidatos para el desarrollo de baterías nuevas y eficientes, no solo para su uso en automóviles, sino también para la transición ecológica en general.

"Al crear un proceso eficiente para desarrollar, probar y evaluar nuevos materiales, podemos aumentar considerablemente la velocidad del proceso de desarrollo de materiales. Por lo tanto, combinamos el modelado teórico con el trabajo experimental y creamos un proceso de aprendizaje automático autónomo que nos permite evaluar continuamente y decidir qué camino seguir", dice.

Su trabajo aporta conocimientos fundamentales sobre materiales que tienen un uso real o potencial como materiales nuevos o existentes. En muchos sentidos, es el paso previo al desarrollo de nuevas baterías, pero es un paso esencial para evitar trabajar en ideas que finalmente resultan ineficaces.

Siguiente paso de desarrollo

Según Poul Norby, el próximo paso en el desarrollo de nuevas baterías son las baterías de estado sólido. A diferencia de las baterías de iones de litio actuales, el electrolito (es decir, la conexión entre los polos positivo y negativo de la batería) es sólido en lugar de líquido y está hecho de vidrio, minerales o polímeros.

Varios fabricantes de automóviles importantes han invertido mucho en el desarrollo de baterías de estado sólido, que se espera que sean más ignífugas, se carguen mucho más rápido y contengan el doble de energía que las baterías de iones de litio disponibles en la actualidad. Varias marcas de automóviles han anunciado que esperan tener una batería de estado sólido utilizable lista para 2025.

Según Poul Norby, el sueño final es tener una batería de litio-aire con una densidad de energía cercana a la de los combustibles fósiles y que no requiera cobalto:

"Los beneficios de desarrollar una batería de litio-aire siempre han sido enormes, pero lograrlo es increíblemente difícil. Si no fuera por los enormes beneficios que podemos obtener, nadie lo intentaría jamás".

Al combinar los cálculos con el trabajo experimental, los investigadores de DTU han demostrado que, en teoría, es posible fabricar una batería de litio-aire. Sin embargo, hasta ahora está resultando muy difícil lograr suficiente eficiencia energética, velocidad de carga y durabilidad.

"Esto definitivamente es algo que podría revolucionar la tecnología de las baterías, pero está muy lejos, si es que es posible", dice.

Nueva vida para pilas viejas

La recirculación también desempeñará un papel importante en la prevención de la escasez de materias primas a largo plazo. El estudio de KU Leuven antes mencionado estima que si Europa invierte mucho ahora, el continente podrá cubrir entre el 40 y el 75 % de la necesidad de materias primas para la transición verde solo mediante el reciclaje.

"El debate público da la impresión de que la recirculación comienza aquí y ahora, pero eso no es cierto. Los materiales de las baterías se han reciclado durante mucho tiempo. Ha sido difícil y costoso hasta ahora, pero el desarrollo de métodos de reciclaje más económicos y eficientes está avanzando". rápido", dice Poul Norby.

Las cifras del Parlamento Europeo muestran que, en 2019, el 51 % de las baterías portátiles vendidas en la UE se recolectaron para su reciclaje, pero los políticos de la UE están trabajando para ajustar las reglas para garantizar un mayor nivel de reciclaje, incluidas las baterías de almacenamiento y los automóviles eléctricos.

"Prácticamente todos los materiales de las baterías deberán reciclarse en el futuro, incluso si no es rentable", dice el profesor Norby.

Tesla y Volkswagen informan que ya pueden reciclar más del 90% de los materiales en sus propias baterías. Por supuesto, el proceso de reciclaje es indudablemente más fácil cuando se trata de desarmar baterías de 500 kg y clasificarlas en montones de materias primas utilizables que cuando se maneja una mezcla de baterías más pequeñas de, por ejemplo, teléfonos móviles y computadoras portátiles, que contienen diferentes tipos de metales en diferentes tamaños. cantidades.

"Ahora obtendremos estas baterías grandes en las que sabrá exactamente qué contienen, cómo se han tratado y de qué están hechas. Eso también hace que sea mucho más fácil desmontarlas", dice Poul Norby.

También hay otras formas de pensar en la recirculación de las baterías de los automóviles eléctricos:cuando la capacidad de carga es demasiado baja para que las baterías se usen en los automóviles, se pueden usar para otras cosas, como almacenar energía en pequeñas plantas locales de células solares. Una pila de baterías usadas puede formar una unidad de almacenamiento local durante 10 a 15 años antes de que sea necesario desarmar las baterías y usar las materias primas nuevamente.

Al prolongar la vida útil de las baterías de esta manera, también podemos ganar tiempo para el desarrollo de formas mejores y más baratas de reciclar las materias primas. + Explora más

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