Los seis tipos principales de litio

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Las baterías de iones de litio están en el centro de la transición de energía limpia como la tecnología clave que impulsa los vehículos eléctricos (EV) y los sistemas de almacenamiento de energía.

Sin embargo, existen muchos tipos de baterías de iones de litio, cada una con ventajas y desventajas.

La infografía anterior muestra las compensaciones entre las seis principales tecnologías de cátodos de iones de litio según la investigación de Miao et al. y la Universidad de Battery. Esta es la primera de dos infografías en nuestroSerie de tecnología de batería.

Cada uno de los seis tipos diferentes de baterías de iones de litio tiene una composición química diferente.

Los ánodos de la mayoría de las baterías de iones de litio están hechos de grafito. Por lo general, la composición mineral del cátodo es lo que cambia, lo que marca la diferencia entre las químicas de las baterías.

El material del cátodo normalmente contiene litio junto con otros minerales, como níquel, manganeso, cobalto o hierro. Esta composición determina en última instancia la capacidad, la potencia, el rendimiento, el costo, la seguridad y la vida útil de la batería.

Con eso en mente, echemos un vistazo a las seis principales tecnologías de cátodos de iones de litio.

Los cátodos NMC suelen contener grandes proporciones de níquel, lo que aumenta la densidad de energía de la batería y permite autonomías más largas en los vehículos eléctricos. Sin embargo, el alto contenido de níquel puede hacer que la batería sea inestable, por lo que se utilizan manganeso y cobalto para mejorar la estabilidad térmica y la seguridad. Varias combinaciones de NMC han tenido éxito comercial, incluyendoNMC811(compuesto de 80% níquel, 10% manganeso y 10% cobalto),NMC532, yNMC622.

Las baterías NCA comparten ventajas basadas en níquel con NMC, incluida la alta densidad de energía y potencia específica. En lugar de manganeso, NCA usa aluminio para aumentar la estabilidad. Sin embargo, los cátodos NCA son relativamente menos seguros que otras tecnologías de iones de litio, más caros y, por lo general, solo se usan en modelos EV de alto rendimiento.

Debido a que utilizan hierro y fosfato en lugar de níquel y cobalto, las baterías LFP son más baratas de fabricar que las variantes a base de níquel. Sin embargo, ofrecen menos energía específica y son más adecuados para vehículos eléctricos estándar o de corto alcance. Además, LFP se considera una de las químicas más seguras y tiene una larga vida útil, lo que permite su uso en sistemas de almacenamiento de energía.

Aunque las baterías LCO son muy densas en energía, sus inconvenientes incluyen una vida útil relativamente corta, baja estabilidad térmica y potencia específica limitada. Por lo tanto, estas baterías son una opción popular para aplicaciones de baja carga como teléfonos inteligentes y computadoras portátiles, donde pueden entregar cantidades relativamente pequeñas de energía durante períodos prolongados.

También conocidas como baterías de espinela de manganeso, las baterías LMO ofrecen seguridad mejorada y capacidades de carga y descarga rápidas. En los EV, el material del cátodo LMO a menudo se mezcla con NMC, donde la parte LMO proporciona una alta corriente al acelerar, y NMC permite rangos de conducción más largos.

A diferencia de las otras químicas anteriores, donde la composición del cátodo marca la diferencia, las baterías LTO utilizan una superficie de ánodo única hecha de óxidos de litio y titanio. Estas baterías presentan una seguridad y un rendimiento excelentes bajo temperaturas extremas, pero tienen poca capacidad y son relativamente caras, lo que limita su uso a gran escala.

Ahora que conocemos los seis tipos principales de baterías de iones de litio, ¿cuáles dominan el mercado de vehículos eléctricos y cómo cambiará eso en el futuro?

Para averiguarlo, permanece atento aParte 2delSerie de tecnología de batería, donde veremos las principales químicas de baterías EV por participación de mercado prevista desde 2021 hasta 2026.

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A medida que el mundo avanza hacia la electrificación del sector del transporte, la demanda de petróleo será reemplazada por la demanda de electricidad.

Para resaltar el impacto de los vehículos eléctricos en el consumo de petróleo, la infografía anterior muestra cuánto petróleo se ha ahorrado y se ahorrará cada día entre 2015 y 2025 por varios tipos de vehículos eléctricos, según BloombergNEF.

Un vehículo de pasajeros con motor de combustión estándar en los EE. UU. usa alrededor de 10 barriles de equivalente de petróleo (BOE) por año. Una motocicleta usa 1, un camión Clase 8 alrededor de 244 y un autobús usa más de 276 BOE por año.

Cuando estos vehículos se electrifican, ya no se necesita el petróleo que habrían usado sus contrapartes con motores de combustión, lo que desplaza la demanda de petróleo con electricidad.

Desde 2015, los vehículos de dos y tres ruedas, como ciclomotores, scooters y motocicletas, representan la mayor parte del petróleo ahorrado de los vehículos eléctricos a escala mundial. Con una amplia adopción en Asia específicamente, estos vehículos desplazaron la demanda de casi 675,000 barriles de petróleo por día en 2015. Para 2021, este número había crecido rápidamente a1 millón de barrilespor día.

Echemos un vistazo al desplazamiento diario de la demanda de petróleo por segmento EV.

Hoy, mientras se está trabajando en el segmento de vehículos comerciales, muy pocos camiones grandes en la carretera son eléctricos; sin embargo, se espera que esto cambie para 2025.

Mientras tanto, los vehículos de pasajeros eléctricos han mostrado el mayor crecimiento en adopción desde 2015.

En 2022, el mercado de los coches eléctricos experimentó un crecimiento exponencial, con ventas superiores a los 10 millones de coches. Se espera que el mercado continúe con su fuerte crecimiento a lo largo de 2023 y más allá, llegando finalmente a ahorrar un886.700 barriles de petróleopor día en 2025.

Mientras el mundo cambia de los combustibles fósiles a la electricidad, BloombergNEF predice que la disminución de la demanda de petróleo no equivale necesariamente a una caída en los precios del petróleo.

En el caso de que las inversiones en nueva capacidad de suministro disminuyan más rápidamente que la demanda, los precios del petróleo aún podrían permanecer inestables y altos.

Sin embargo, el cambio hacia la electrificación probablemente tendrá otras implicaciones.

Si bien la mayoría de nosotros asociamos los vehículos eléctricos con emisiones más bajas, es bueno considerar que solo son tan sostenibles como la electricidad que se usa para cargarlos. El cambio hacia la electrificación, entonces, presenta una oportunidad increíble para satisfacer la creciente demanda de electricidad con fuentes de energía limpia, como la energía eólica, solar y nuclear.

El alejamiento de los combustibles fósiles en el transporte por carretera también requerirá una infraestructura ampliada. Las estaciones de carga de vehículos eléctricos, la capacidad de transmisión ampliada y el almacenamiento de baterías probablemente serán clave para respaldar la transición a gran escala del gas a la electricidad.

El grafito representa casi el 50% de los materiales necesarios para las baterías por peso, sin importar la química.

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La demanda de baterías de iones de litio (Li-ion) se ha disparado en los últimos años debido a la creciente popularidad de los vehículos eléctricos (EV) y los sistemas de almacenamiento de energía renovable.

Sin embargo, lo que mucha gente no se da cuenta es que el componente clave de estas baterías no es solo el litio, sino también el grafito.

El grafito representa casi el 50% de los materiales necesarios para las baterías por peso, independientemente de la química. Específicamente en las baterías de iones de litio, el grafito constituye el ánodo, que es el electrodo negativo responsable de almacenar y liberar electrones durante el proceso de carga y descarga.

Para explorar cuán esencial es el grafito en la cadena de suministro de la batería, esta infografía patrocinada por Northern Graphite se sumerge en cómo se fabrica el ánodo de una batería de iones de litio.

El grafito es una forma natural de carbono que se utiliza en una amplia gama de aplicaciones industriales, incluidos diamantes sintéticos, baterías de iones de litio para vehículos eléctricos, lápices, lubricantes y sustratos semiconductores.

Es estable, de alto rendimiento y reutilizable. Si bien viene en muchos grados y formas diferentes, el grafito para baterías se clasifica en una de dos clases: natural o sintético.

El grafito natural se produce mediante la extracción de depósitos minerales naturales. Este método produce solo de uno a dos kilogramos de emisiones de CO2 por kilogramo de grafito.

El grafito sintético, por otro lado, se produce mediante el tratamiento del coque de petróleo y el alquitrán de hulla, produciendo casi 5 kg de CO2 por kilogramo de grafito junto con otras emisiones nocivas como el óxido de azufre y el óxido de nitrógeno.

El proceso de producción de ánodos de batería se compone de cuatro pasos generales. Estos son:

Cada una de estas etapas da como resultado varias formas de grafito con diferentes usos finales.

Por ejemplo, el grafito micronizado que resulta del proceso de formación puede usarse en aditivos plásticos. Por otro lado, solo el grafito purificado esférico recubierto que pasó por las cuatro etapas anteriores se puede usar en baterías de iones de litio EV.

A pesar de su creciente uso en la transición energética en todo el mundo, alrededor del 70% del grafito mundial proviene actualmente de China.

Sin embargo, con pocas alternativas para usar en baterías, lograr la seguridad del suministro en América del Norte es crucial, y está utilizando enfoques más ecológicos para el procesamiento de grafito.

Con una huella ambiental más baja y costos de producción más bajos, el grafito natural sirve como material de ánodo para un futuro más verde.

Haga clic aquí para obtener más información sobre cómo Northern Graphite planea construir la planta de material de ánodo de batería (BAM) más grande de América del Norte.

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