Para
aumentar la densidad de energía existen dos posibilidades; o bien aumentar el
porcentaje de níquel en el cátodo o el de silicio en el ánodo
La empresa estadounidense ENERZ pondrá en el mercado el año que viene su
nuevas celdas de batería basadas en cátodos NCM 811 (níquel-cobalto-manganeso) con
las que no logra un aumento significativo de la densidad de energía de sus
celdas pero sí un bajo coste, un largo ciclo de vida y una alta densidad de
potencia.
A modo de introducción
Las baterías de litio se caracterizan por la química utilizada en el cátodo. Las primeras baterías de litio usaban
una química de óxido de litio-cobalto, llamadas a menudo batería de litio o
LiCo. Más tarde, se usaron óxidos de níquel, manganeso y hierro. A
las químicas de litio se les asignan nombres como NCM (níquel, cobalto y
manganeso), NCA (níquel, cobalto y aluminio) o LiFePO (Litio, fósforo y hierro)
para distinguirlos entre sí. En la mayoría de los casos el litio no se
utiliza en estas designaciones. Por otro lado los números que siguen a los
compuestos químicos significan las cantidades relativas de cada uno de los
elementos en la composición (NCM 111 significaría partes iguales de níquel,
cobalto y manganeso, el 33% de cada componente, por lo que a veces se denominan
NCM 333).
La tecnología NCM en el cátodo
ENERZ
ha utilizado la tecnología de baterías NCM durante años, aplicada sobre todo a
vehículos pesados, principalmente autobuses. Los compuestos por níquel, cobalto y magnesio (NCM) ofrecen un excepcional balance de
potencia, energía y estabilidad térmica a bajo coste. Los investigadores han
demostrado un aumento de la vida útil. Las celdas muestran solo una reducción del 5% de la capacidad después de 1.200 ciclos de
carga-descarga. Eso indica un ciclo regular de vida de más de 4.000 ciclos. Otros
investigadores también han notado una mayor mejora con la adición de aluminio a
un cátodo NCM.
Recientemente esta empresa estadounidense con
sede en Indianápolis ha aumentado la energía de sus celdas NCM 622, esta vez
interviniendo sobre el ánodo, en el que se ha reemplazado el carbono (HC)
por grafito lo que le ha permitido incrementar la densidad de energía a cambio
de una pequeña reducción de su ciclo de vida y de la densidad de potencia. El
diseño de las celdas de batería siempre responde a un compromiso entre
la durabilidad (ciclo de vida), la estabilidad/seguridad, el coste, la potencia
y la densidad de energía. No se puede tener lo mejor de todas estas
características en una misma celda.
El ánodo también importa
Si bien la química del cátodo es la que ofrece
más posibilidades para modificar las características finales de las celdas
(NCM, NCA, LOT, LCO), el ánodo también tiene su importancia. De hecho para
aumentar la densidad de energía existen dos posibilidades; o bien incrementar el porcentaje de níquel en el cátodo o el de silicio en el ánodo aunque
esta segunda opción complica el mantenimiento estructural de la celda. Para
lograrlo lo habitual es incorporar un recubrimiento cerámico, que es
complicado de implementar y en el que la coreana SK Innovation es líder.
Entre los avances más importantes que ha
logrado ENERZ está la puesta en el mercado el próximo año de sus nuevas
baterías NCM 811 acompañadas de un ánodo de silicio/carbono, lo que reduce
la necesidad de cobalto, cuyo suministro es limitado por su escasez y su
control por parte de muy pocos suministradores, muchos de ellos de origen
chino. Con estas nuevas celdas ENERZ no ha buscado lograr un aumento
significativo de la densidad de energía de sus celdas pero sí un coste bajo,
un largo ciclo de vida y una alta densidad de potencia. De hecho las celdas NCM 622 de AESC, que monta
el nuevo Nissan Leaf cuentan con mayor densidad de energía puesto que su ánodo
contiene mayor cantidad de silicio.
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