El crecimiento esperado en el mercado de baterías y los retos existentes en las tecnologías convencionales están provocando que los grandes fabricantes comiencen a valorar químicas complementarias o alternativas al litio, como el sodio, el azufre, el aluminio o el potasio.

Con ello, principalmente se busca superar los retos potenciales que un exceso de demanda pudiera ocasionar en la cadena de suministro. De esta forma, se trata de complementar a las tecnologías actuales con nuevas soluciones que puedan dar una respuesta similar a las baterías de litio, reduciendo así la dependencia en este material.

Pero a su vez, algunos grandes fabricantes comienzan también a ver la posibilidad de que alguna de estas apuestas pueda llevar a las baterías a un nuevo escenario, superando las actuales prestaciones de las tecnologías convencionales de litio-ion así como los retos que presenta su proceso de fabricación (sobre todo en relación a la obtención de las materias primas).

Así, con este fin, comienzan a surgir anuncios y desarrollos que combinan nuevos materiales con el litio; o bien, incluso, lo sustituyen por completo.

El sodio comienza a ganar popularidad

En este contexto, en los últimos meses una de las potenciales alternativas que mayor popularidad ha ido ganando ha sido la de las baterías de iones de sodio.

Sobre todo, después del anuncio del gigante CATL (principal proveedor de baterías de Tesla). El pasado mes de julio, la compañía china presentó su primera generación de baterías de sodio-ion, anunciando su intención de comenzar la industrialización de esta tecnología a gran escala a partir de 2023, combinándola con sus soluciones basadas en litio y pensadas para ser empleadas en aplicaciones de movilidad y, sobre todo, aplicaciones estacionarias.

Como grandes fortalezas, las baterías de sodio-ion presentan la capacidad de realizar cargas rápidas, su menor coste y mayor sostenibilidad, características clave para usos como el vehículo eléctrico o la red eléctrica. Sin embargo, todavía presentan dos grandes áreas de mejora en las que continuar trabajando en los próximos años.

Principalmente, está la densidad energética, lo que supone una menor autonomía por parte de estas baterías en comparación con las de litio-ion. Así, mientras que, de media, una batería de litio-ion puede contar con una densidad de energía de alrededor de 250 Wh/kg de media, el estado actual del arte de las baterías de sodio-ion sitúa este indicador en alrededor de 150-160 Wh/kg.

La propia CATL ya ha anunciado que su segunda generación de baterías de sodio-ion contará con una densidad de alrededor de 200 Wh/kg, lo que demuestra que todavía existe margen de mejora en este sentido.

Esta alternativa no es una novedad en el mercado, ya que entidades como Faradion, Natron Energy, Tiamat o el propio CIC energiGUNE llevan años trabajando con ella debido a su potencial. Pero sí es cierto que el anuncio de CATL demuestra la apuesta fuerte que por esta tecnología puede comenzar a realizar la industria. De ahí que algunos expertos la vean como una firme candidata a complementar o incluso sustituir parcialmente a las baterías de litio-ion. No en vano, se espera que de aquí al 2030, el valor del mercado de baterías de sodio-ion pueda superar los 4.000 millones de euros en todo el mundo:

El azufre como acompañante del litio

Pero en esta carrera por desarrollar nuevas tecnologías, no todas las alternativas suponen sustituir por completo al casi omnipresente litio.

Este es el caso de otra de las grandes tecnologías que están ganado peso en los últimos años, como son las baterías de litio-azufre.

Esta solución, que combina un ánodo de litio con un cátodo de azufre, destaca por su alta densidad gravimétrica de energía gracias a la elevada capacidad teórica del material activo.

Además, otros puntos fuertes que plantea esta alternativa son su potencial facilidad para la industrialización, al ser el azufre un material más abundante y barato que el litio; su menor toxicidad, lo que las hace más respetuosas con el medio ambiente; y su ligereza, lo que la convierte en una gran opción para ser usada en el futuro en aplicaciones de movilidad (tanto sobre todo de heavy duty como otros medios tales como los coches eléctricos, la aviación o la navegación).

Sin embargo, dos son las grandes áreas de mejora que presenta esta tecnología y que han impedido su eclosión en la industria. Por un lado, la alta degradación que presenta el cátodo de azufre, lo que lleva a una vida útil muy limitada. Por otro, su baja densidad volumétrica, que por ahora limita su uso en aquellas aplicaciones dónde el espacio pueda ser limitado.

La mejora de estos indicadores son los dos grandes retos en los que trabaja actualmente la industria y centros como el propio CIC energiGUNE, con el objetivo de dar el paso definitivo en el desarrollo y popularización de esta alternativa.

Aluminio, potasio, calcio... otras soluciones barajadas por el sector 

Las baterías de sodio y azufre son las que más han destacado recientemente debido a los avances y anuncios realizados en el mercado. Sin embargo, no son las únicas alternativas en la que se está adentrando la industria con el objetivo de desarrollar nuevas tecnologías y soluciones.

En este sentido, encontramos una gran variedad de diferentes elementos que están siendo estudiados para su uso en el sector de las baterías.

Así ocurre con el aluminio, uno de los materiales más abundantes en la tierra. Esta característica (que supone reducir el coste de las baterías) unido a alta densidad de potencia (lo que implica una velocidad de carga superior) y un aumento de la vida útil, está provocando que algunas empresas trabajen en esta alternativa.

Es el caso de la australiana GMG, que trabaja en el desarrollo e industrialización de un nuevo tipo de baterías de iones de aluminio y grafeno

Ahora bien, al igual que ocurre con otras de las alternativas mencionadas, la densidad de energía es el gran hándicap de estas baterías, al no superar los 160 Wh/kg.

Otro elemento que está siendo objetivo de análisis es el potasio, aunque en su caso su nivel de desarrollo e investigación es mucho más incipiente. De nuevo, una de sus grandes ventajas es su abundancia (lo que reduce su coste) así como su mayor vida útil.

Sin embargo, y al igual que ocurre con el sodio, su mayor peso atómico y, con ello, menor capacidad y rendimiento durante el proceso de carga y descarga son las grandes áreas de mejora en las que se debe trabajar para convertir a esta solución en una alternativa real en el futuro.

Calcio, cinc, magnesio… son otros de los elementos que se han barajado o barajan para incorporar o sustituir a las baterías de litio. El objetivo de todo ello es lograr nuevas soluciones que permitan reducir la dependencia del litio e, incluso, superar sus prestaciones.

Será interesante ver cómo discurren todas estas líneas de investigación, ya que de ellas y sus resultados dependerá lograr satisfacer la demanda esperada en el mercado de baterías, así como los objetivos de sostenibilidad que determinarán el futuro de la industria.  

Autores

Nuria Gisbert, Directora General de CIC energiGUNE; Miembro de la Comisión Experta del Parlamento vasco sobre el Pacto Vasco de la energía, miembro del comité científico asesor del Vitoria-Gasteiz Green Deal y miembro del Comité Científico Asesor del Consejo Vasco de Ciencia, Tecnología e Innovación del País Vasco.

 

En colaboración con:

Iñigo Careaga: Analista de negocio de BCARE

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