Según la última actualización de 2020, actualmente hay 30 elementos/grupos considerados críticos, y la industria de las baterías se ve muy afectada por esta lista. Esta industria se está expandiendo en la UE, como lo demuestra la apuesta por las Gigafactorías, por lo que el abastecimiento de materias primas para las baterías es una cuestión nada desdeñable, sobre todo teniendo en cuenta que los materiales que se mencionan explícitamente en el análisis de los CRMs afectan directamente a las de iones de litio.
El informe también contempla posibles nuevas fuentes de CRMs (por ejemplo, minas), ubicadas dentro de los territorios europeos – principalmente de litio y carbono - e indicadas como una forma de reducir la dependencia de proveedores externos y el riesgo de desabastecimiento. Sin embargo, en general, la apertura y explotación extensiva de nuevos yacimientos de extracción es compleja y muy lenta debido a cuestiones medioambientales, sostenibles y sociales.
La sostenibilidad de las baterías de zinc-aire
Por otra parte, las baterías de zinc-aire, junto con las de iones de sodio, son una de las tecnologías de baterías más sostenibles. En las baterías de zinc-aire hay un menor uso de CRMs, o es posible reemplazarlos fácilmente. De hecho, el zinc no es un CRM, pero algunas aleaciones avanzadas de zinc, utilizadas como ánodo, pueden tener una cantidad mínima de bismuto o indio para evitar la corrosión. Sin embargo, estos elementos podrían ser sustituidos por estaño, que no es un CRM. En cuanto al indio, aunque figure como CRM, algunos países de la UE (Francia, Bélgica, Alemania, Italia) pueden satisfacer la demanda actual de este elemento, aunque no estaría garantizada si la demanda creciese debido al desarrollo de la industria de las baterías.
En lo que respecta al electrolito, si es acuoso, se utiliza KOH inorgánico y agua. Si, por el contrario, se utilizan electrolitos semisólidos (por ejemplo, un electrolito polimérico en gel), se pueden utilizar adicionalmente biopolímeros naturales o sintéticos (no CRM), por lo que casi no hay CRM implicados hasta ahora. Para las baterías primarias, los catalizadores catódicos con base manganeso son ágiles, están disponibles y no incluyen CRMs (exceptuando los materiales de carbono), por lo que siguen siendo sostenibles.
En las baterías recargables de zinc-aire, desde el punto de vista de la sostenibilidad, las mismas observaciones son válidas para el ánodo y el electrolito. Sin embargo, el cuello de botella es el catalizador del cátodo, ya que debe ser reversible; es decir, bifuncional, y capaz de catalizar eficientemente las reacciones de carga y descarga (conocidas como ORR y OER, respectivamente).
Los primeros catalizadores catódicos bifuncionales incluían CRMs como el platino, el rutenio y el iridio (tres de los seis elementos metálicos del grupo del platino), y el cobalto. Sin embargo, los catalizadores bifuncionales también pueden estar basados en níquel, manganeso, plata o hierro; todos ellos no CRM, pero también en cantidades mínimas de lantano o estroncio, dos CRM. El estroncio, aunque ha sido incluido recientemente en la lista de CRM (2020), hoy en día es suministrado a la UE casi en su totalidad por España, lo que supone una excepción. Esto es destacable porque el estroncio puede utilizarse en determinadas clases de catalizadores catódicos (es decir, espinelas y perovskitas) como el principal elemento estructural, o como dopante específico, para preparar diversos compuestos y formulaciones. Además, muchos de estos elementos (excepto el lantano) ya se recuperan parcialmente y se reciclan hasta cierto punto. De hecho, aumentar la recuperación de estos metales podría impulsar más la economía circular en torno a los CRM, e indirectamente la sostenibilidad de la tecnología zinc-aire.
Estos cuellos de botella en los catalizadores catódicos bifuncionales también son válidos para otros tipos dentro del grupo metal-aire. Sin embargo, otros ejemplos de baterías de metal-aire, como las de aluminio-aire (si el Al procede de la bauxita) y las de magnesio-aire, tienen otro problema porque los materiales activos del ánodo ya son CRM, y todavía tienen un TRL bajo.
Por tanto, las baterías de zinc-aire también son especiales entre las de metal-aire y representan una tecnología muy atractiva, sostenible y viable para el almacenamiento de energía electroquímica.
Lamentablemente, conflictos como el recientemente acontecido entre Rusia y Ucrania pueden cambiar por completo el escenario de la cotización y el suministro de las CRM. Rusia y Ucrania son grandes proveedores de níquel y manganeso que son, a su vez, dos importantes materiales no críticos para las baterías de zinc-aire. Si el conflicto persiste, y no se establece pronto un escenario pacífico, es muy probable que estos dos metales de transición aparezcan en la próxima actualización de la lista de CRMs de la UE. Por lo tanto, es necesario desarrollar nuevas formulaciones, catalizadores más activos y procesos de reciclaje eficientes basados en los pocos elementos mencionados para acercar las baterías de zinc-aire a lo que suponen las de iones de litio en términos de rendimiento, capacidad de carga y ciclabilidad/durabilidad.
