Los seis tipos principales de litio

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Las baterías de iones de litio están en el centro de la transición a la energía limpia como tecnología clave que impulsa los vehículos eléctricos (EV) y los sistemas de almacenamiento de energía.

Sin embargo, existen muchos tipos de baterías de iones de litio, cada una con sus ventajas y desventajas.

La infografía anterior muestra las ventajas y desventajas entre las seis principales tecnologías de cátodos de iones de litio según la investigación de Miao et al. y Universidad de Battery. Esta es la primera de dos infografías en nuestraSerie de tecnología de baterías.

Cada uno de los seis tipos diferentes de baterías de iones de litio tiene una composición química diferente.

Los ánodos de la mayoría de las baterías de iones de litio están hechos de grafito. Normalmente, lo que cambia es la composición mineral del cátodo, lo que marca la diferencia entre las químicas de las baterías.

El material del cátodo suele contener litio junto con otros minerales como níquel, manganeso, cobalto o hierro. Esta composición determina en última instancia la capacidad, la potencia, el rendimiento, el costo, la seguridad y la vida útil de la batería.

Teniendo esto en cuenta, echemos un vistazo a las seis principales tecnologías de cátodos de iones de litio.

Los cátodos NMC suelen contener grandes proporciones de níquel, lo que aumenta la densidad de energía de la batería y permite autonomías más largas en los vehículos eléctricos. Sin embargo, un alto contenido de níquel puede hacer que la batería sea inestable, razón por la cual se utilizan manganeso y cobalto para mejorar la estabilidad térmica y la seguridad. Varias combinaciones de NMC han tenido éxito comercial, entre ellasNMC811(compuesto por 80% níquel, 10% manganeso y 10% cobalto),NMC532, yNMC622.

Las baterías NCA comparten ventajas basadas en níquel con NMC, incluida la alta densidad de energía y la potencia específica. En lugar de manganeso, NCA utiliza aluminio para aumentar la estabilidad. Sin embargo, los cátodos NCA son relativamente menos seguros que otras tecnologías de iones de litio, más caros y, por lo general, solo se utilizan en modelos de vehículos eléctricos de alto rendimiento.

Debido al uso de hierro y fosfato en lugar de níquel y cobalto, las baterías LFP son más baratas de fabricar que las variantes a base de níquel. Sin embargo, ofrecen menos energía específica y son más adecuados para vehículos eléctricos estándar o de corto alcance. Además, la LFP se considera una de las sustancias químicas más seguras y tiene una larga vida útil, lo que permite su uso en sistemas de almacenamiento de energía.

Aunque las baterías LCO consumen mucha energía, sus desventajas incluyen una vida útil relativamente corta, baja estabilidad térmica y potencia específica limitada. Por lo tanto, estas baterías son una opción popular para aplicaciones de baja carga, como teléfonos inteligentes y computadoras portátiles, donde pueden entregar cantidades relativamente menores de energía durante períodos prolongados.

También conocidas como baterías de espinela de manganeso, las baterías OVM ofrecen seguridad mejorada y capacidades de carga y descarga rápidas. En los vehículos eléctricos, el material del cátodo LMO a menudo se mezcla con NMC, donde la parte LMO proporciona una alta corriente al acelerar y el NMC permite rangos de conducción más largos.

A diferencia de otras químicas anteriores, donde la composición del cátodo marca la diferencia, las baterías LTO utilizan una superficie de ánodo única hecha de óxidos de litio y titanio. Estas baterías presentan una seguridad y un rendimiento excelentes en temperaturas extremas, pero tienen baja capacidad y son relativamente caras, lo que limita su uso a escala.

Ahora que conocemos los seis tipos principales de baterías de iones de litio, ¿cuáles de ellas dominan el mercado de vehículos eléctricos y cómo cambiará eso en el futuro?

Para descubrirlo, estad atentosParte 2delSerie de tecnología de baterías, donde analizaremos las principales químicas de baterías para vehículos eléctricos según la participación de mercado prevista desde 2021 hasta 2026.

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Este gráfico de Wood Mackenzie muestra cómo la minería de níquel y litio puede tener un impacto significativo en el medio ambiente, según los procesos utilizados.

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La producción de litio (Li) y níquel (Ni), dos materias primas clave para las baterías, puede producir perfiles de emisiones muy diferentes.

Este gráfico de Wood Mackenzie muestra cómo la minería de níquel y litio puede impactar significativamente el medio ambiente, dependiendo de los procesos utilizados para la extracción.

El níquel es un metal fundamental en la infraestructura y la tecnología modernas, con usos importantes en acero inoxidable y aleaciones. La conductividad eléctrica del níquel también lo hace ideal para facilitar el flujo de corriente dentro de las celdas de la batería.

Hoy en día, existen dos métodos principales de extracción de níquel:

De depósitos de laterita, que se encuentran predominantemente en regiones tropicales. Se trata de minería a cielo abierto, donde es necesario eliminar grandes cantidades de tierra y escombros para acceder al mineral rico en níquel.

De minerales de sulfuro, que implica la extracción subterránea o a cielo abierto de depósitos que contienen minerales de sulfuro de níquel.

Aunque las lateritas de níquel representan el 70% de las reservas mundiales de níquel, los depósitos de sulfuros magmáticos produjeron el 60% del níquel mundial en los últimos 60 años.

En comparación con la extracción de laterita, la minería de sulfuros normalmente emite menos toneladas de CO2 por tonelada equivalente de níquel, ya que implica menos alteración del suelo y tiene una huella física menor:

La extracción de níquel de las lateritas puede imponer importantes impactos ambientales, como la deforestación, la destrucción del hábitat y la erosión del suelo.

Además, los minerales de laterita suelen contener altos niveles de humedad, lo que requiere procesos de secado que consumen mucha energía para prepararlos para una mayor extracción. Después de la extracción, la fundición de lateritas requiere una cantidad significativa de energía, que en gran medida proviene de combustibles fósiles.

Aunque la minería de sulfuros es más limpia, plantea otros desafíos ambientales. La extracción y el procesamiento de minerales de sulfuro pueden liberar compuestos de azufre y metales pesados ​​al medio ambiente, lo que podría provocar drenaje ácido de las minas y contaminación de las fuentes de agua si no se gestiona adecuadamente.

Además, los sulfuros de níquel suelen ser más caros de extraer debido a su naturaleza de roca dura.

El litio es el ingrediente principal de las baterías recargables que se encuentran en teléfonos, automóviles híbridos, bicicletas eléctricas y sistemas de almacenamiento a escala de red.

Hoy en día, existen dos métodos principales de extracción de litio:

Desalmuera , bombeando salmuera rica en litio desde acuíferos subterráneos a estanques de evaporación, donde la energía solar evapora el agua y concentra el contenido de litio. Luego, la salmuera concentrada se procesa adicionalmente para extraer carbonato o hidróxido de litio.

Piedra dura minería o extracción de litio de minerales (principalmente espodumena) que se encuentran en depósitos de pegmatita. Australia, primer productor mundial de litio (46,9%), lo extrae directamente de la roca dura.

La extracción de salmuera se emplea típicamente en países con salinas, como Chile, Argentina y China. Generalmente se considera un método de menor costo, pero puede tener impactos ambientales como el uso del agua, la posible contaminación de las fuentes de agua locales y la alteración de los ecosistemas.

Sin embargo, el proceso emite menos toneladas de CO2 por tonelada de carbonato de litio equivalente (LCE) que la minería:

La minería implica perforar, volar y triturar el mineral, seguido de flotación para separar los minerales que contienen litio de otros minerales. Este tipo de extracción puede tener impactos ambientales como perturbación del suelo, consumo de energía y generación de roca estéril y relaves.

Las prácticas ambientalmente responsables en la extracción y procesamiento de níquel y litio son esenciales para garantizar la sostenibilidad de la cadena de suministro de baterías.

Esto incluye implementar regulaciones ambientales estrictas, promover la eficiencia energética, reducir el consumo de agua y explorar tecnologías más limpias. Los esfuerzos continuos de investigación y desarrollo centrados en mejorar los métodos de extracción y minimizar los impactos ambientales son cruciales.

Regístrese en Inside Track de Wood Mackenzie para obtener más información sobre el impacto de una transición energética acelerada en la minería y los metales.

Analizamos las emisiones de carbono de los vehículos eléctricos, híbridos y con motor de combustión a través de un análisis de las emisiones de su ciclo de vida.

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Según la Agencia Internacional de Energía, el sector del transporte depende más de los combustibles fósiles que cualquier otro sector de la economía. En 2021, representó el 37% de todas las emisiones de CO2 de los sectores de uso final.

Para obtener información sobre cómo los diferentes tipos de vehículos contribuyen a estas emisiones, el gráfico anterior visualiza las emisiones del ciclo de vida de los vehículos eléctricos de batería, híbridos y con motor de combustión interna (ICE) utilizando el Informe Pathway de Polestar y Rivian.

Las emisiones del ciclo de vida son la cantidad total de gases de efecto invernadero emitidos durante la existencia de un producto, incluida su producción, uso y eliminación.

Para comparar estas emisiones de manera efectiva, se utiliza una unidad estandarizada llamada toneladas métricas de CO2 equivalente (tCO2e), que contabiliza diferentes tipos de gases de efecto invernadero y su potencial de calentamiento global.

A continuación se ofrece una descripción general de las emisiones del ciclo de vida de 2021 de los vehículos eléctricos, híbridos y de combustión interna de tamaño mediano en cada etapa de sus ciclos de vida, utilizando tCO2e. Estos números consideran una fase de uso de 16 años y un recorrido de 240.000 km.

Si bien puede que no sea sorprendente que los vehículos eléctricos de batería (BEV) tengan las emisiones de ciclo de vida más bajas de los tres segmentos de vehículos, también podemos extraer algunas otras ideas de los datos que pueden no ser tan obvias al principio.

A medida que avanzamos hacia una economía neutra en carbono, los vehículos eléctricos con batería pueden desempeñar un papel importante en la reducción de las emisiones globales de CO2.

Sin embargo, a pesar de la falta de emisiones del tubo de escape, es bueno señalar que muchas etapas del ciclo de vida de un BEV siguen siendo bastante intensivas en emisiones, específicamente cuando se trata de fabricación y producción de electricidad.

Por lo tanto, avanzar en la sostenibilidad de la producción de baterías y fomentar la adopción de fuentes de energía limpias puede ayudar a reducir aún más las emisiones de los BEV, lo que conducirá a una mayor gestión ambiental en el sector del transporte.

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