Pasar de los automóviles que funcionan con gasolina a los vehículos eléctricos es una forma de reducir las emisiones de carbono, pero construir las baterías de iones de litio que alimentan esos vehículos eléctricos puede ser en sí mismo un proceso contaminante y que consume mucha agua y energía. Ahora, investigadores de la Universidad de Dalhousie han desarrollado un proceso de fabricación que es más barato y ecológico.

“La fabricación de material para cátodos de iones de litio requiere mucha energía y agua, y produce residuos. Es el proceso que tiene un mayor impacto sobre el medio ambiente, especialmente en la huella de CO2 de la batería”, afirma el Dr. Mark Obrovac, profesor de los Departamentos de Química y Física y Ciencias Atmosféricas de la Universidad de Dalhousie. “Queríamos ver si existían formas más respetuosas con el medio ambiente y sostenibles (y menos costosas) de fabricar estos materiales”.

Un nuevo proceso hace que la producción de baterías sea más ecológica

La mayoría de las baterías de vehículos eléctricos utilizan óxido de litio, níquel, manganeso y cobalto (NMC), con los elementos mezclados en la estructura cristalina del cátodo. Por lo general, se elaboran disolviendo los elementos en agua y luego usando los cristales que se forman cuando los elementos se unen en un sólido.

Ese proceso requiere mucha agua –que luego hay que tratar para limpiarla– y energía, que es la principal fuente del coste y la huella de carbono de las baterías. Utilizando la fuente de luz (CLS) de la Universidad de Saskatchewan, Obrovac y su equipo investigaron si podían utilizar un proceso totalmente seco para obtener los mismos resultados y al mismo tiempo ahorrar energía, agua y dinero.

Su trabajo ha sido publicado en dos artículos, en ACS Omega y el Journal of the Electrochemical Society .

Elementos secos

"Queríamos ver si se puede obtener la misma calidad si se toman materiales secos y se combinan mediante procesos simples que se encuentran en cualquier fábrica a gran escala y se calientan", dice. “¿Y bajo qué condiciones se puede hacer eso para obtener material de calidad comercial y al mismo tiempo eliminar el agua y los desechos?”.

Los cátodos fabricados con materiales secos a veces no son tan homogéneos como los fabricados en agua, por lo que el equipo probó una variedad de métodos utilizando diferentes óxidos y regímenes de calentamiento bajo diferentes temperaturas y presiones para determinar qué funcionaba mejor.

Utilizaron la línea de luz Brockhouse en CLS para mirar dentro del horno mientras intentaban estos diferentes experimentos, para ver exactamente qué estaba sucediendo durante el proceso. "Lo que encontramos fue información importante sobre cómo podemos mejorar el proceso para que lo que salga sea un material catódico de tipo NMC de mayor calidad", dice Obrovac.

Alianza con Novonix

Los cátodos de mayor calidad disponibles en la actualidad están hechos de monocristales con partículas de aproximadamente 5 micrones de diámetro. Al ajustar cuidadosamente los materiales de partida y las condiciones del horno, el equipo de Obrovac pudo reproducir esas cualidades mediante un proceso completamente seco, lo que hizo que los materiales de los cátodos fueran comparables a los mejores del mercado actual.

Obrovac se ha asociado con la empresa de baterías Novonix , con sede en Nueva Escocia , que utiliza procesos totalmente secos para producir materiales de cátodos en las instalaciones a escala piloto de la empresa en Dartmouth. Esas instalaciones son capaces de producir 10 toneladas por año de material de cátodo, con métodos que ofrecen unos costes de capital un 30% inferiores a los métodos convencionales (húmedos), unos costes operativos un 50% inferiores y utilizan un 25% menos de energía, sin necesidad de agua de proceso y sin generar residuos.

"Estas son cifras grandes, es en gran medida un cambio radical en la producción de estos materiales para baterías", dice Obrovac. "Debería dar como resultado baterías de menor costo en general con una huella de calentamiento global sustancialmente menor".