Investigadores de la Universidad Nacional de La Plata (UNLP) y la UTN La Plata trabajan en el desarrollo de nuevos materiales para mejorar la producción nacional de baterías de litio. Estos dispositivos son cada vez más requeridos para utilizar en notebooks, celulares, vehículos eléctricos y almacenamiento de energías renovables debido a que el litio es un elemento muy liviano que permite guardar una mayor cantidad de energía en espacios muy pequeños.
Por eso, los científicos trabajan con una doble misión: reemplazar algunos materiales contaminantes que se usan actualmente para fabricar estas baterías y aumentar su capacidad de almacenamiento. El objetivo final es generar materiales que sean factibles de ser escalados industrialmente y que puedan aplicarse en la producción de baterías de litio realizadas en la provincia de Buenos Aires a partir de la transferencia del conocimiento tanto a pymes de la región como a UniLiB, la primera planta nacional de desarrollo de baterías de litio del país creada por una asociación entre Y-TEC y la UNLP.
“Las baterías de litio que hay hoy en el mercado tienen diferentes composiciones e involucran ciertos elementos que, si bien poseen buenas propiedades electroquímicas, también tienen algunas desventajas, vinculadas a dificultades en su extracción y a la generación de contaminación a largo plazo. Es el caso, por ejemplo, del cobalto”, explica a TSS la doctora en Ingeniería Mariela Ortiz, investigadora del Centro de Investigación y Desarrollo en Ciencia y Tecnología de Materiales (CITEMA–UTN La Plata) e integrante del equipo.
El proyecto surgió a partir del trabajo conjunto y complementario de dos centros de investigación de la ciudad de La Plata. Por un lado, los investigadores del CITEMA venían trabajando en el diseño y caracterización de materiales y, por el otro, un grupo del Instituto de Investigaciones Fisicoquímicas Teóricas y Aplicadas (INIFTA–UNLP/CONICET) tenía experiencia en el estudio de materiales para baterías de litio. Este año, se presentaron a una convocatoria de la Comisión de Investigaciones Científicas de la Provincia de Buenos Aires (CIC) y obtuvieron un subsidio para avanzar en el desarrollo de materiales que mejoren la capacidad y las propiedades de las baterías de litio.
“La exploración de nuevos materiales permite modificar la química de los sistemas y mejorar los diseños para aprovechar mejor las oportunidades que brindan este tipo de baterías. Una de ellas es poder almacenar más energía en un volumen mucho más chico y con una densidad de masa mucho más liviana. Esto es fundamental si pensamos en el área de electromovilidad, donde es necesario mover un vehículo. Tener un auto con batería de plomo es algo impensado porque no se podría mover”, señala Ortiz.
Pero además, las baterías de litio también son muy útiles para el almacenamiento en condiciones fijas, como puede ser la energía obtenida por fuentes renovables, como la solar o la eólica. Estas instalaciones, fundamentales para avanzar hacia una transición energética y reducir el impacto del cambio climático, suelen requerir superficies de gran tamaño para desplegar los molinos de viento o paneles fotovoltaicos. Si a eso se le suma la necesidad de grandes superficies para almacenar la energía obtenida, sería un sistema difícil de aplicar en la práctica. Es por ello que las baterías de litio se vuelven un aliado clave por su gran capacidad de almacenamiento en pequeñas superficies.
Uno de los materiales que los investigadores trabajan en reemplazar es el cobalto. “En primer lugar, hay que tener en cuenta que es un recurso que no tenemos disponible en el país. Otro punto negativo es que la forma en que se lo extrae no es buena para el medio ambiente y en ciertas zonas está vinculada con la utilización de mano de obra infantil. Nosotros consideramos que necesitamos potenciar los recursos naturales que tenemos en Argentina y usar materiales más compatibles con el ambiente”, apunta Ortiz.
Para mejorar este aspecto, los investigadores están trabajando en reemplazar el uso de cobalto por materiales desarrollados a partir de fosfato de hierro y litio. La especialista cuenta que tanto en la planta de UniLiB como en algunas pymes de la región ya utilizan materiales basados en fosfato de hierro y litio, pero que son importados. Por eso, estiman que poder desarrollarlos en el país tendría un impacto positivo para la producción nacional de baterías de litio.
Por otro lado, está el desafío de mejorar la capacidad de almacenamiento. A grandes rasgos, se pueden diferencias tres partes en una batería: el ánodo (polo negativo), el cátodo (polo positivo) y el electrolito (que actúa como conductor de los iones entre ambos polos). El cobalto se usa para la parte del cátodo y, según explica Ortiz, esta parte de la batería es el cuello de botella cuando se busca mejorar esta tecnología. “Lo que sucede es que los materiales del ánodo tienen una capacidad mucho mayor que los del cátodo. Entonces un desafío que tenemos hoy es aumentar la capacidad del cátodo y para eso necesitamos materiales con mayor densidad energética. Una posibilidad es sacar el cobalto y poner materiales como níquel o manganeso”, indica.
Actualmente, los equipos están abocados al diseño y desarrollo de materiales, y están realizando pruebas en una media celda que corresponde a la parte del cátodo. En los próximos meses, buscarán optimizar esos desarrollos y los probarán en una celda completa para evaluar su funcionamiento en toda la batería. El objetivo final es obtener materiales que sean factibles de escalar y que puedan ser transferidos al sector productivo.
“Nosotros queremos que el conocimiento pueda usarse a nivel nacional y ayudar a potenciar la producción regional de baterías de litio. A veces parece difícil la articulación entre el sector científico y el productivo pero nosotros con Y-TEC siempre tuvimos un canal de diálogo muy bueno que nos permite trabajar en colaboración. Lo mismo con las pymes de la región, que muchas veces nos contactan para resolver problemas que van surgiendo. A nosotros, como investigadores, poder colaborar en eso nos enriquece y nos da satisfacciones que van más allá de publicar un paper”, finalizó Ortiz.