MIIT chino: El camino hacia celdas de Li-ion con mayor capacidad es el Mn, Si, estado sólido y litio metálico

El Ministerio de Industria y Tecnología de la Información de China (MIIT) ha definido tres direcciones en las que los fabricantes nacionales deben desarrollar celdas de iones de litio para ofrecer a los consumidores densidades energéticas aún mayores. Estas son: 1/ cátodos con alto contenido de manganeso (LMR), 2/ ánodos basados en silicio y, sobre todo, 3/ electrolitos sólidos. Gracias a estos últimos, aumentará el nivel de seguridad de las celdas, habrá capacidades de carga aún mayores y ánodos de litio con la densidad energética máxima disponible.

China indica qué camino conduce al futuro

El uso de cátodos con alto contenido de manganeso [y litio – red.] permite a las empresas independizarse en parte de los suministros de cobalto, que es caro, y de níquel, que también es bastante costoso. Los cátodos que contienen más del 50-60 por ciento de manganeso (en Li-NCx: alrededor del 10-20 por ciento) presentan problemas de degradación, por lo que en el pasado los fabricantes optaron por cátodos con alto contenido de níquel; sin embargo, hoy en día el manganeso ofrece resultados cada vez más prometedores (fuente). Además, permite el uso de altas tensiones de carga, lo que significa una recarga más rápida, aunque a costa de una degradación acelerada.

Por otro lado, al reducir las tensiones al nivel de Li-NCx, la densidad energética de las celdas LMR se sitúa justo por debajo de la de Li-NCx (NCM811), cerca de 0,28 kWh/kg, con costos similares a los de las celdas LFP.

Células prototípicas LMR creadas por Ford

Otra vía de desarrollo igualmente importante es la optimización de las ánodos para lograr un contenido de silicio lo más alto posible. El silicio puede retener varias veces más iones (átomos) de litio que el grafito, lo que se traduce automáticamente en una mayor capacidad. El problema con estos ánodos es la inflamación y su rápida degradación: los iones de litio que se infiltran en su estructura rompen las uniones que mantienen unida la estructura de silicio. ¿Ventajas? Densidades energéticas potenciales que superan los 0,3 kWh/kg e incluso alcanzan los 0,45 kWh/kg.

Diferentes enfoques para utilizar el silicio en las ánodos de las células Li-ion. Diapositiva del año 2020, aún vigente, al menos en las tres primeras casillas desde la izquierda (c) Tesla

El camino del manganeso es la solución más rápida para aumentar la densidad energética (LFP → LMR) manteniendo los costos bajo control. El camino del silicio ofrece altas densidades, pero a un costo mayor. Sin embargo, el objetivo final del desarrollo son las celdas de estado sólido. Un electrolito estable significa una solución al problema de la inflamabilidad; además, en este tipo de baterías (ASSB) es posible utilizar cátodos NCx o nuevos basados en manganeso para alcanzar y superar densidades energéticas de 0,4-0,5 kWh/kg. Quedan descartados los costos relacionados con la anoda, ya que esta se construye a partir de litio durante el funcionamiento de la celda (litio metálico).

Nota de la redacción de Elektrowozu: teniendo en cuenta que el MIIT lleva años trabajando en nuevos celdas, podemos suponer que las nuevas directrices describen al menos parcialmente la realidad actual, es decir, los productos ya disponibles.

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