¿De qué están hechas las baterías de los coches eléctricos?

por Umesh Tiwari, Friday, 22nd March 2024

suministro de energía conectando carga de vehículo eléctrico

Las baterías de última generación están jugando un papel cada vez más importante en la transición hacia una movilidad sostenible. Los vehículos eléctricos (EVs) con batería están transformando nuestra forma de movernos. Pero pocos usuarios comprenden completamente la tecnología detrás de ellos o la notable caracterización de materiales que lo hace posible.

Los diferentes tipos de baterías de EV

Las químicas de batería de iones de litio más comunes utilizadas en los EVs actuales son níquel manganeso cobalto (NMC) y fosfato de hierro y litio (LFP). Mientras que la química NMC proporciona la mayor densidad de energía (alcance de manejo por carga), viene con un alto costo y preocupaciones ambientales debido al uso de cobalto. LFP es más barata y segura, pero tiene una menor densidad de energía. En investigación y desarrollo, muchas químicas apuntan a una mayor densidad de energía a un menor costo y eliminan el uso de elementos tóxicos y costosos. Las baterías de litio-azufre, las de iones de sodio/potasio y las baterías de estado sólido (con electrolito sólido) son algunas de las alternativas emergentes a las químicas actualmente utilizadas.

¿Qué hay en una batería de iones de litio?

Las baterías de iones de litio para EV contienen cátodo (NMC o LFP), ánodo (grafito o silicio), separador (polímero PVDF) y electrolito. El cátodo y el ánodo se recubren en colectores de corriente de aluminio y cobre, respectivamente. Entonces, en el caso de las baterías NMC, los principales metales presentes son litio, manganeso, cobalto, níquel, grafito, aluminio y cobre. Como ejemplo, el Tesla Model 3 (batería de 75 kW-Hr) utiliza 12 kg de litio, 50 kg de níquel, 4,5 kg de cobalto, 4 kg de manganeso (105 kg de NCM811), 70 kg de grafito, 20 kg de lámina de aluminio y 25 kg de lámina de cobre. Además, cada celda tiene una carcasa de acero y todo el paquete de batería también tiene una carcasa de aluminio y acero.

Soluciones sostenibles para los componentes de baterías de EV

La fabricación de baterías de iones de litio enfrenta desafíos de suministro de materiales ya que las reservas de litio, níquel y cobalto son limitadas. Además, hay preocupaciones ambientales en la minería de estos minerales. La sostenibilidad en la fabricación de baterías se puede lograr con un enfoque de tres frentes: gestión de residuos en la producción, reciclaje de baterías y nuevas químicas que utilizan una menor cantidad de minerales más abundantes. El desperdicio de producción en la fabricación de baterías puede variar del 5% al 20% dependiendo de la optimización del proceso. Las soluciones basadas en la Industria 4.0 pueden reducirlo a niveles inferiores al 5%. El reciclaje de baterías no solo evita que materiales tóxicos de las baterías terminen en vertederos, sino que también actúa como una cadena de suministro alterna de materiales a la minería. Finalmente, las nuevas químicas no solo eliminarán materiales tóxicos y costosos como el cobalto, sino que también proporcionarán un mayor alcance de manejo con la misma cantidad de material, cuando sean perfeccionadas y comercializadas.

Análisis líder mundial para una mejor tecnología de baterías

Ya sea sobre la optimización de la producción de baterías actuales o el desarrollo de nuevas químicas de baterías, nada se puede lograr sin herramientas analíticas robustas y confiables que brinden un conocimiento más profundo de los materiales y los procesos. Aquí es donde Malvern Panalytical ha estado ayudando a la industria de las baterías con soluciones analíticas de vanguardia;

La gama Aeris y la gama Empyrean de difractómetros de rayos X son herramientas de alto rendimiento, versátiles y fáciles de usar que proporcionan información sobre las propiedades de los materiales a escala atómica. Ya sea la perfección cristalina de materiales de ánodo/cátodo, defectos como la mezcla de cationes o el grado de grafitización o el crecimiento de partículas cristalinas individuales, nuestros sistemas XRD pueden proporcionar resultados precisos en solo unos minutos. A su vez, esto asegura que los diseñadores de baterías de EV puedan optimizar factores como la aceleración, el alcance y la escalabilidad.

El análisis elemental con nuestras gamas Zetium y Epsilon de XRF pueden determinar rápida y precisamente la composición elemental de materiales precursores sintetizados y de electrodos. Además, pueden ser su herramienta clave para determinar la concentración elemental en soluciones hidrometalúrgicas durante el reciclaje de baterías.

El tamaño y la forma de las partículas juegan un papel importante en la optimización del rendimiento de los materiales de electrodos de baterías. Nuestra gama de soluciones Mastersizer y Morphologi se pueden utilizar como herramientas de control de calidad y de I+D para la medición automatizada del tamaño y la forma de las partículas con alta precisión y repetibilidad.

Finalmente, para ayudarle a alcanzar la Industria 4.0, tenemos soluciones de control de procesos en línea/al costado/en línea para la medición del tamaño de partículas (gama Insitec), composición elemental de precursor líquido (Epsilon Xflow) y composición elemental del recubrimiento de electrodos (Epsilon Xline) y automatización de laboratorio de todas nuestras soluciones analíticas.

Impulsando el futuro de la industria de baterías para EV

Con nuestras tecnologías e instrumentos, y en asociación con investigadores y partes interesadas de la industria de todo el mundo, Malvern Panalytical está revolucionando los procesos de desarrollo de baterías y potenciando la innovación necesaria para impulsar la transición a una movilidad sostenible.

Descubra más sobre los instrumentos que están haciendo posible un futuro de movilidad más verde en donde discutimos los materiales que impulsan soluciones a los desafíos contemporáneos.

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