Fabricación de baterías para coche eléctrico más barata y limpia

Un nuevo proceso abarata y reduce la contaminación y energía necesaria en la fabricación de las baterías de iones de litio que alimentan a los vehículos eléctricos.

"La fabricación de material de cátodo de iones de litio requiere mucha energía y agua, y produce residuos. Tiene el mayor impacto sobre el medio ambiente, especialmente en la huella de CO2 de la batería", afirma en un comunicado el Dr. Mark Obrovac, profesor de Química y Física y Ciencias Atmosféricas de la Universidad de Dalhousie, autor del estudio.

La mayoría de las baterías de los vehículos eléctricos utilizan óxido de litio, níquel, manganeso y cobalto (NMC), con los elementos mezclados en la estructura cristalina del cátodo. Normalmente se fabrican disolviendo los elementos en agua y luego utilizando los cristales que se forman cuando los elementos se unen para formar un sólido.

Ese proceso requiere mucha agua (que luego debe tratarse para limpiarla) y energía, que es la principal fuente del costo y la huella de carbono de las baterías. Utilizando la Fuente de Luz Canadiense (CLS) de la Universidad de Saskatchewan, Obrovac y su equipo investigaron si podían utilizar un proceso completamente seco para obtener los mismos resultados y, al mismo tiempo, ahorrar energía, agua y dinero.

Su trabajo se ha publicado en dos artículos, en ACS Omega y en el Journal of the Electrochemical Society.

"Queríamos ver si se puede obtener la misma calidad si se toman materiales secos y se combinan utilizando procesos simples que se encontrarían en cualquier fábrica a gran escala y se calientan", dice. "Y en qué condiciones se puede hacer eso para obtener material de calidad comercial y, al mismo tiempo, eliminar el agua y los desechos".

Los cátodos hechos con materiales secos a veces no son tan homogéneos como los hechos con agua, por lo que el equipo probó una variedad de métodos utilizando diferentes óxidos y regímenes de calentamiento bajo diferentes temperaturas y presiones para determinar qué funcionaba mejor.

Utilizaron la línea de luz Brockhouse en CLS para observar el interior del horno mientras probaban estos diferentes experimentos, para ver exactamente qué estaba sucediendo durante el proceso. "Lo que encontramos fue información importante sobre cómo podemos mejorar el proceso para que lo que salga sea un material de cátodo de tipo NMC de mayor calidad", dice Obrovac.

Los cátodos de mayor calidad disponibles en la actualidad están hechos de monocristales con partículas de aproximadamente 5 micrones de diámetro. Al ajustar cuidadosamente sus materiales de partida y las condiciones del horno, el equipo de Obrovac pudo reproducir esas cualidades utilizando un proceso completamente seco, lo que hace que los materiales del cátodo sean comparables a los mejores del mercado actual.

Obrovac se ha asociado con la empresa de baterías NOVONIX, con sede en Nueva Escocia, que está utilizando procesos completamente secos para producir materiales de cátodo en la instalación a escala piloto de la empresa en Dartmouth. Esa instalación es capaz de producir 10 toneladas por año de material de cátodo, con métodos que ofrecen un costo de capital estimado en un 30% menor que los métodos convencionales (húmedos), costos operativos un 50% menores y utilizan un 25% menos de energía, sin requerir agua de proceso y sin generar residuos.

"Son cifras importantes, es un gran cambio en la producción de estos materiales para baterías", dice Obrovac. "Debería dar como resultado baterías de menor costo en general con una huella de calentamiento global sustancialmente menor".