Baterías de fosfato de Li-Fe: una estrella emergente en el almacenamiento de energía
Las baterías de iones de litio son la primera opción para fuentes de energía recargables, como teléfonos móviles, vehículos y numerosos dispositivos electrónicos, debido a su alta densidad energética y su larga vida útil. Dentro de la familia de las baterías de iones de litio, las de fosfato de litio-hierro (LFP) se perfilan como una opción revolucionaria por su excepcional estabilidad térmica, seguridad y rentabilidad. Los principales fabricantes de automóviles han integrado o están estudiando la integración de baterías basadas en LFP en sus modelos más recientes de vehículos eléctricos (VE). El Estudio Económico 2023 predice que el mercado indio de vehículos eléctricos crecerá a una tasa compuesta de crecimiento anual (TCAC) del 49 % entre 2022 y 2030, alcanzando los 10 millones de ventas anuales en 2030. Teniendo en cuenta este crecimiento sin precedentes, los principales fabricantes nacionales de baterías de iones de litio se han asociado con empresas internacionales para producir baterías de LFP localmente, atendiendo a la creciente demanda.
Normalmente, las baterías de iones de litio emplean como electrolito un disolvente orgánico no inflamable o un gel polimérico que permite el movimiento de los iones de litio sin plantear riesgos de seguridad significativos. Los iones de litio se almacenan en los ánodos de grafito mediante un proceso denominado intercalación, en el que los iones se insertan entre las capas bidimensionales de grafeno que constituyen el grafito a granel. Como cátodo se utilizan diversos materiales, como el óxido de litio y cobalto (LiCoO2, LCO), el óxido de litio y manganeso (LiMn2O4, LMO), el óxido de litio, níquel, manganeso y cobalto (NCM o NMC), el óxido de litio, níquel, cobalto y aluminio (NCA) y el fosfato de litio y hierro (LiFePO4, LFP).
¿Cuáles son las ventajas de las baterías de LFP?
Las baterías de litio-hierro fosfato o LFP, donde "F" significa Fe, están cada vez más reconocidas como un sustituto sostenible de las baterías tradicionales de iones de litio. La característica clave de las baterías LiFePO4 es su baja toxicidad, su mayor vida útil, su excepcional estabilidad térmica y su perfil de seguridad. La batería LFP utiliza LiFePO4 como material catódico y carbono grafítico con soporte metálico como ánodo. El LiFePO4, presente en minerales naturales como la trifilita y la litiofilita, es más asequible. Se ha demostrado el proceso reversible de extracción del litio del LiFePO4 y su inserción en el FePO4. Las baterías de LFP, desprovistas de metales pesados nocivos como el cobalto o el níquel, ofrecen importantes ventajas medioambientales. Son opciones atractivas para soluciones sostenibles de almacenamiento de energía centradas en minimizar la huella de carbono y la producción de residuos tóxicos. La singular estructura cristalina del LiFePO4 permite la liberación y captación estables de iones de litio durante los ciclos de carga y descarga (Fig. 1), lo que contribuye a su longevidad y perfil de seguridad.
A diferencia de las baterías de iones de litio tradicionales, que pueden sufrir un desbordamiento térmico en determinadas situaciones, las células de LiFePO4 son mucho menos propensas al sobrecalentamiento o a los riesgos de incendio. Además, las baterías de LiFePO4 tienen un ciclo de vida prolongado con una degradación mínima de la capacidad en ciclos repetidos de carga y descarga, lo que las hace ideales para aplicaciones que requieren durabilidad y fiabilidad.
Aunque las baterías LFP pueden tener una densidad energética ligeramente inferior, lo compensan con su menor velocidad de pérdida de capacidad, mayor vida útil y seguridad superior en condiciones de alta temperatura. La estabilidad inherente de las baterías LFP reduce el peligro de embalamiento térmico, una situación peligrosa que podría provocar fallos catastróficos, incendios o explosiones. Además, como la velocidad de descarga es un porcentaje de la capacidad de la batería, si se utiliza una batería más grande con más amperios-hora se puede conseguir una velocidad de descarga mayor cuando la aplicación requiere baterías de baja corriente. Así, las baterías LFP son especialmente adecuadas para soluciones de energía de emergencia, sistemas de almacenamiento de energía en red y vehículos eléctricos. La siguiente tabla presenta una comparación de diferentes baterías de iones de litio.
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Tipo de batería/ Características |
Litio cobalto óxido |
Litio manganeso, óxido |
Litio fosfato de hierro |
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Tensión nominal, V |
3.7 |
3.7 |
3.2 - 3.3 |
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Tensión de funcionamiento, V |
3.0 - 4.2 |
3.0 - 4.2 |
2.5 - 3.65 |
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Tensión mínima de descarga / desconexión, V |
2.5 / 3.0 |
2.5 / 3.0 |
2.5 / 2.8-3.0 |
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Tensión de carga máxima, V |
4.2 |
4.2 |
3.60 - 3.65 |
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Densidad de energía volumétrica, Wh/L |
Alta 300 - 600 |
Moderada 300 - 450 |
Moderada 250 - 350 |
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Densidad de energía gravimétrica, Wh/kg |
Alta 150 - 240 |
Moderada 100 - 150 |
Moderada 100 - 160 (200)* |
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Duración del ciclo |
Moderada (500 - 1.000 ciclos) |
Baja a moderada500 - 700; 1.000 - 1.200 con estructuras híbridas |
Muy alta (2.000 - 5.000 ciclos) hasta 10.000 ciclos* |
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Velocidad de carga/descarga |
Moderada 0,33 a 1C |
Carga: 0,5 C/1C Descarga: estándar 1 - 2C, alta potencia 3-5C |
Alta 1-3C |
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Seguridad / Estabilidad térmica |
Moderada LiCoO2 puede volverse inestable si se sobrecarga. |
Buena LiMn2O4 es más estable térmicamente que LiCoO2. |
Excelente LiFePO4 tiene una excelente estabilidad térmica y química. |
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Problemas medioambientales |
El cobalto está relacionado con problemas medioambientales. |
- |
El hierro es abundante y respetuoso con el medio ambiente. |
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Coste típico, US $ por kWh |
150 - 250. más caro |
100 - 160. más asequible |
80 - 15 Menos caro |
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Aplicaciones típicas |
Ideal cuando el tamaño compacto y la alta capacidad son fundamentales, como en smartphones, tabletas, ordenadores portátiles, herramientas eléctricas y vehículos eléctricos de gama alta. |
Herramientas eléctricas, almacenamiento en red, sistemas de energía estacionarios, algunos dispositivos médicos y vehículos eléctricos híbridos. |
Vehículos eléctricos (especialmente en aplicaciones económicas y de ciclo de vida largo), sistemas de energía de reserva con almacenamiento de energía solar y respaldo de red. |
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* Estimación tras la estabilización de la producción en serie. |
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La primera Gigafábrica de electrolizadores de H2 de la India
La India está dando prioridad al hidrógeno verde como posible solución para descarbonizar sectores difíciles de eliminar como la refinería, el amoníaco, el metanol, la siderurgia y el transporte pesado. Ohmium International, con sede en Estados Unidos, pretende convertir India en un centro mundial del hidrógeno verde. La Gigafactoría de la empresa, situada en la zona industrial de KIADB, en Chikkaballapura (Karnataka, India), producirá electrolizadores de hidrógeno de membrana de intercambio de protones (PEM), con una capacidad de fabricación inicial de aproximadamente 0,5 GW (500 MW) al año, y planes de ampliación a 2 GW (2000 MW) anuales. El hidrógeno verde, caracterizado por su inmenso potencial, su versatilidad en diversos sectores empresariales y su nula huella de carbono, está preparado para alimentar el futuro.
Enlaces:
www.niti.gov.in/sites/default/files/2022-06/Harnessing_Green_Hydrogen_V21_DIGITAL_29062022.pdf
www.ohmi um.com/news/ohmium-launches-indias-first-green-hydrogen-electrolyzer-gigafactory-
Festival Internacional de Ciencia de la India
El 10º Festival Internacional de Ciencia de la India (IISF-2024) se celebró del 30 de noviembre al 3 de diciembre de 2024 en el Instituto Indio de Tecnología de Guwahati. Organizado por el Consejo de Investigación Científica e Industrial (CSIR) en colaboración con varios ministerios y Vijnana Bharati, el tema del evento fue "Transformar India en un centro mundial de fabricación impulsado por la ciencia y la tecnología". El IISF 2024 acogió una plétora de actos y actividades tanto para el público como para la comunidad científica. Destacaron una maqueta artística a tamaño real de la Luna en honor de las misiones lunares de India-Chandrayaan-3 (más información en Galvanotechnik 11/2023, p.1415 y ss.), una Mega Exposición de Ciencia y Tecnología en la que se mostraron los avances de India en defensa, espacio, IA, robótica y energías renovables, un Cónclave de Jóvenes Científicos para despertar el interés de los estudiantes y la iniciativa Science Beyond Borders para fomentar la cooperación internacional. El Dr. Jitendra Singh, Honorable Secretario de Estado de Ciencia y Tecnología de la Unión, inauguró el Portal de Ciencia, Tecnología e Innovación de la India (ISTI), un recurso centralizado de información sobre becas, financiación y oportunidades de creación de empresas en el sector científico de la India. El IISF 2024, que atrajo a más de 8.000 delegados, 10.000 estudiantes y numerosas instituciones científicas punteras, fue un acontecimiento fundamental para vincular la ciencia, la sociedad y la innovación, y marcó el camino de la India para convertirse en una potencia mundial de la investigación, la creación de empresas y el desarrollo sostenible.
