¿Qué hay dentro y cómo funciona una batería de litio?

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El litio se ha consolidado como un recurso vital en Argentina. Este año se pondrá en marcha UniLiB, la primera Planta Nacional de Desarrollo Tecnológico de Celdas y Baterías de Litio de nuestro país.

Estas baterías, compuestas por celdas que contienen cátodos, ánodos y un electrolito, operan mediante reacciones reversibles que involucran la transferencia de iones de litio entre los electrodos durante la carga y descarga.

Su capacidad para almacenar y liberar energía de manera eficiente las ha convertido en una tecnología esencial para una variedad de aplicaciones, desde dispositivos electrónicos hasta vehículos eléctricos.

Organismos como la CEPAL y la Agencia Internacional de Energía anticipan que el uso del litio se multiplicará significativamente para 2040, lo que no solo beneficiará a las economías regionales a través de la generación de empleo y desarrollo de proveedores, sino que también contribuirá a impulsar la transición hacia una sociedad más sostenible.

El litio ocupa un lugar importante en nuestro país. Según un informe de la consultora Grant Thornton de 2023, Argentina ocupa el segundo lugar a nivel mundial en términos de reservas de litio y es el cuarto productor más grande de litio en el mundo (después de Chile, Australia y China). Los números son alentadores: se espera que la producción total de litio en el país pase de 30.000 toneladas en 2022 a más de 110.000 toneladas para 2030.

Tan avanzado es el desarrollo que, durante este año, entrará en plena producción un proyecto que lleva varios años de desarrollo: UniLiB, la primera Planta Nacional de Desarrollo Tecnológico de Celdas y Baterías de Litio de nuestro país, creada por Y-TEC (la empresa de tecnología de YPF y el CONICET) junto a la Universidad Nacional de La Plata (UNLP). Juan Aiub, jefe de Productos Tecnológicos de Y-TEC, en una entrevista reciente con TN, explicó que UniLiB producirá en plena capacidad 15 MWh/año, el equivalente al 30% de las importaciones actuales de baterías destinadas a almacenamiento estacionario de energía.

Esto quiere decir que, aunque la productividad de UniLiB se considera mediana, dado el tamaño aún pequeño del mercado argentino y latinoamericano, con esta producción se podría satisfacer hasta un tercio de la demanda local de baterías para almacenamiento estacionario de energía o para el funcionamiento de vehículos eléctricos. Además, el proyecto busca crear las condiciones adecuadas para transferir tecnología a pequeñas y medianas empresas interesadas en fabricar baterías de litio a nivel nacional y provincial.

Actualmente la planta funciona como un centro experimental donde se realizan pruebas y se producen prototipos de celdas de litio y materiales asociados. “Este lugar nos permite evaluar el rendimiento de los materiales en condiciones reales de uso, garantizando su calidad y ajustando los parámetros de producción antes de llevarlos a escala industrial”, comentó Fabio Daniel Saccone, líder de la iniciativa «Misión Litio» de Y-TEC, en una entrevista a Infobae. 

Es así como, con el paso de los años, las baterías de litio comenzaron a ocupar un lugar más relevante tanto para las empresas como para los institutos de investigación y universidades. 

Baterías de litio: ¿qué son y cómo funcionan?

En su forma más básica, una batería de litio es un dispositivo electroquímico que almacena energía en forma de carga eléctrica. Está compuesta por varias celdas que contienen electrodos positivos (cátodos) y negativos (ánodos), que tienen los materiales activos. El funcionamiento de una batería de litio se basa en reacciones electroquímicas reversibles que ocurren dentro de una celda. A través de una solución (electrolito), los iones de litio se transfieren del cátodo al ánodo donde se almacenan como energía. Sofía Gómez, investigadora del CONICET, explica que, al estar conectada a un circuito externo, durante la descarga (cuando se utiliza la batería), esos iones se reubican de manera inversa hacia el cátodo, y así se obtiene energía que alimenta el dispositivo conectado.

Cuando la batería se recarga, el proceso se invierte. Los iones de litio se mueven del ánodo al cátodo a través del electrolito mientras se aplica una corriente externa. Este flujo de iones restablece el estado de carga de la batería, lista para ser utilizada nuevamente.

En resumen, para su funcionamiento, la batería de litio requiere de 3 materiales:

• Cátodo: compuesto generalmente por óxidos de litio y otros metales como cobalto, níquel, manganeso o hierro, lo que determina las propiedades de la batería, como su capacidad y voltaje.
• Ánodo: hecho de grafito, que tiene la capacidad de absorber iones de litio durante la carga.
• Electrolito: una solución conductora de sales de litio que permite el movimiento de iones entre el cátodo y el ánodo.

Ventajas y desventajas de las baterías de litio

Uno de los aspectos que hace revolucionarias a las baterías de litio es la alta densidad de energía que pueden almacenar en un espacio pequeño y su capacidad para recargarse. Además, se destaca su baja tasa de autodescarga, ya que pierden menos carga cuando no están en uso en comparación con otras tecnologías de baterías.

Por otro lado, cuentan con ciclos de carga y descarga muy largos: pueden ser recargadas cientos de veces sin perder capacidad significativa.

Sin embargo, también presentan algunas limitaciones, como la sensibilidad a la temperatura, lo que hace que puedan deteriorarse rápidamente si se exponen a temperaturas extremas; el costo, aunque los precios han disminuido en los últimos años, las baterías de litio siguen siendo más caras que algunas alternativas, y la seguridad, en casos extremos, estos dispositivos pueden sufrir sobrecalentamiento, incendios o explosiones. 

El futuro de las baterías de litio

El desarrollo continuo de las baterías de litio es crucial para impulsar la transición hacia una sociedad más sostenible. Se están investigando y desarrollando nuevas tecnologías, como las baterías de estado sólido y las baterías de litio-azufre, que actualmente se estudian en distintos centros de investigación del mundo. Estos nuevos dispositivos, de acuerdo a Justin Kim, investigador de la Universidad de California en Los Ángeles, prometen mejorar aún más la densidad de energía (hasta casi 10 veces más energía que las tradicionales de ion litio), la seguridad y la durabilidad de estas baterías.

Hacia el futuro, el litio surge como un recurso con un potencial significativo para impulsar la industria minera y catalizar un crecimiento económico sostenido en diversas regiones. Esta proyección no es una mera reflexión, cuenta con el respaldo de instituciones como la Comisión Económica para América Latina y el Caribe (CEPAL), que informó que el uso del litio podría expandirse hasta 42 veces su volumen actual para 2040, conforme al escenario de desarrollo sostenible delineado por la Agencia Internacional de Energía. Así, el litio no solo representa una oportunidad para el crecimiento económico, sino también para la creación de empleo y el fomento del desarrollo de proveedores a lo largo de toda la cadena de valor asociada a este recurso.

En conclusión, las baterías de litio son una demostración de la tecnología moderna y una gran oportunidad para las economías de los países que cuenta con reservas de este elemento. Su funcionamiento electroquímico sofisticado y su capacidad para almacenar y liberar energía de manera eficiente las convierten en una pieza fundamental de nuestro mundo interconectado y en constante evolución.