Los fabricantes de baterías para vehículos eléctricos compiten para desarrollar materiales de celda más baratos

Los vehículos eléctricos actuales funcionan con baterías de iones de litio, que requieren litio, cobalto, manganeso y níquel de alta calidad, cuyos precios se han disparado.

Las nuevas empresas estadounidenses y europeas están compitiendo para desarrollar nuevas baterías utilizando dos materiales abundantes y baratos, el sodio y el azufre, que podrían reducir el dominio de las baterías de China, aliviar los cuellos de botella que se avecinan en el suministro y conducir al mercado masivo de vehículos eléctricos.

Los vehículos eléctricos actuales funcionan con baterías de iones de litio, en su mayoría fabricadas con litio, cobalto, manganeso y níquel de alta calidad, cuyos precios se han disparado.

Los productores occidentales luchan por alcanzar a sus rivales asiáticos, y los fabricantes de automóviles esperan que los cuellos de botella en el suministro afecten la producción de automóviles a mediados de la década.

Los vehículos eléctricos del futuro, los que lleguen después de 2025, podrían cambiar a celdas de batería de iones de sodio o azufre de litio que podrían ser hasta dos tercios más baratas que las celdas de iones de litio actuales.

Pero su promesa depende de los posibles avances en electroquímica de empresas emergentes como Theion, con sede en Berlín, y Faradion, con sede en el Reino Unido, así como Lyten en los Estados Unidos.

Las químicas de batería más nuevas tienen problemas que superar. Las baterías de iones de sodio aún no almacenan suficiente energía, mientras que las celdas de azufre tienden a corroerse rápidamente y no duran mucho.

Aún así, más de una docena de nuevas empresas han atraído millones de dólares en inversiones, así como subvenciones del gobierno, para desarrollar nuevos tipos de baterías.

Por ahora, China domina la producción de baterías, incluida la extracción y refinación de materias primas.

Benchmark Mineral Intelligence, una consultora con sede en el Reino Unido, estima que China tiene actualmente el 75 por ciento de la capacidad de refinación de cobalto del mundo y el 59 por ciento de su capacidad de procesamiento de litio.

"Todavía dependemos de una cadena de suministro de materiales de China", dijo James Quinn, director ejecutivo de la empresa británica de baterías de iones de sodio Faradion, que recibió más de $ 1 millón en subvenciones gubernamentales de Innovate UK antes de que el conglomerado indio Reliance la comprara el año pasado. por $117 millones. "Si observa las implicaciones geopolíticas globales de eso, es un desafío para la seguridad energética, la seguridad económica y la seguridad nacional".

Los gigantes asiáticos de las baterías también están trabajando en nuevos productos químicos. CATL de China ha dicho que planea comenzar a producir celdas de iones de sodio en 2023. LG Energy Solution de Corea tiene como objetivo comenzar a fabricar celdas de azufre de litio para 2025.

El elemento más caro de una batería EV es el cátodo, que representa hasta un tercio del costo de una celda de batería.

La mayoría de las baterías EV de hoy en día utilizan uno de los dos tipos de cátodos: manganeso de cobalto de níquel (NCM) o fosfato de hierro y litio (LFP).

Los cátodos NCM son capaces de almacenar más energía, pero utilizan materiales costosos (níquel, cobalto). Los cátodos LFP generalmente no contienen tanta energía, pero son más seguros y tienden a ser menos costosos porque usan materiales que son más abundantes.

El costo de los materiales clave del cátodo, como el níquel y el cobalto, se ha disparado en los últimos dos años.

Es por eso que tantas empresas esperan sustituir materiales más baratos y abundantes, como el sodio y el azufre, si se pueden superar sus limitaciones técnicas.

"El ion de sodio definitivamente tiene un lugar, especialmente para almacenamiento estacionario y vehículos de gama baja en mercados sensibles a los costos como China, India, África y América del Sur", dice el consultor Prabhakar Patil, ex ejecutivo de LG Chem.

"Es probable que el costo de introducción del azufre de litio sea más alto, aunque tiene el potencial de ser el costo más bajo, lo que hace que la electrónica de consumo sea la aplicación inicial", dijo Patil.

Amandarry, con sede en Michigan, y la empresa emergente británica AMTE Power están desarrollando baterías de iones de sodio utilizando cloruro de sodio, básicamente sal de mesa, como ingrediente principal del cátodo. No necesitan litio, cobalto o níquel, los tres ingredientes de batería más caros.

Jeff Pratt, director gerente del Centro de Industrialización de Baterías del Reino Unido, una fábrica de 130 millones de libras (US$153 millones) financiada por el estado que alquila sus líneas de producción a nuevas empresas para probar la química de las baterías, dijo que está tratando de adaptar las celdas de una empresa nueva de iones de sodio en un calendario de producción repleto porque es "estratégicamente importante" para las esperanzas de Gran Bretaña de estar a la vanguardia del desarrollo de nuevas y mejores baterías.

Las empresas estadounidenses Lyten y Conamix, la alemana Theion y la noruega Morrow están desarrollando cátodos de azufre de litio que todavía necesitan litio en cantidades más pequeñas, pero no níquel ni cobalto.

Mediante el uso de materiales de cátodo ubicuos (el azufre se usa ampliamente en fertilizantes, por lo que es barato como la sal), estas nuevas empresas afirman que los costos de la batería podrían reducirse hasta en dos tercios, lo que podría hacer que los vehículos eléctricos sean asequibles más allá de las clases medias.

Los paquetes de baterías EV actuales generalmente varían en costo entre $ 10,000 y $ 12,000.

"Si podemos alcanzar los objetivos que hemos identificado con algunos de los fabricantes de automóviles más grandes del mundo, entonces estaremos listos para las carreras", dijo la directora ejecutiva de Conamix, Charlotte Hamilton.

Las nuevas empresas de baterías dicen que están hablando con los principales fabricantes de automóviles, algunos de los cuales están probando activamente nuevas baterías que podrían estar en la carretera en los vehículos eléctricos del mercado masivo antes de que finalice la década. Las compañías automotrices están dispuestas a mantener abiertas sus opciones.

"Con el tiempo, aparecerán más componentes químicos (de batería)", dijo Linda Zhang, ingeniera jefe de la camioneta eléctrica F150 Lightning de Ford. "Sería una tontería no aprovechar esas químicas".

En el Día de la batería 2020 de Tesla, el CEO Elon Musk dijo que se necesitaría un "enfoque de tres niveles" para las baterías de iones de litio que utilizan diferentes materiales para construir vehículos eléctricos "verdaderamente asequibles", principalmente con celdas de batería LFP a base de hierro, así como más grandes, más EV potentes y costosos que utilizan celdas NCM o NCA a base de níquel con material de cátodo de cobalto o aluminio.

Los desarrolladores de baterías esperan poder agregar baterías de iones de sodio y azufre de litio a la gama abierta a la industria automotriz.

Duncan Williams, director gerente de la asesoría Nomura Greentech, dijo que los descubrimientos recientes están cerrando la brecha en temas como la densidad de energía y el ciclo de vida, "por lo que esperamos ver que estas dos alternativas tomen participación de mercado en el futuro".

Amandarry, con sede en Michigan, ya está produciendo células de iones de sodio en su planta en Haining, China, por lo que esas células no calificarán para los incentivos bajo la Ley de Reducción de la Inflación de EE. UU.

La compañía dice que también construirá una planta en América del Norte.

La socia Amy Chen dice que la primera aplicación de transporte de Amandarry probablemente serán los vehículos eléctricos de dos ruedas.

Además de una ventaja de costos, Chen dice que las baterías de Amandarry pueden cargarse muy rápido: 80 por ciento en 15 minutos.

El director ejecutivo de AMTE Power, Kevin Brundish, dijo que la compañía se está lanzando inicialmente con baterías para sistemas estacionarios de almacenamiento de energía, como los que usan los operadores de red, donde la densidad de energía es menos importante.

Quinn de Faradion dijo que las baterías de la compañía ya son competitivas con las celdas LFP y que ha formado una empresa conjunta para el almacenamiento de energía con el gigante de la agroindustria ICM Australia.

Quinn dijo que, a una escala relativamente baja, las baterías de Faradion deberían ser un tercio menos costosas que las baterías LFP basadas en hierro.

Dijo que Faradion ha tenido conversaciones con "la mayoría de las principales empresas automotrices".

"Dentro de los próximos tres a cinco años, verá (nuestras baterías) en el camino".

El azufre es una "química dura y perversa" para hacer que las baterías funcionen, dice Celina Mikolajczak, directora técnica de baterías de la startup Lyten, con sede en California, que ha atraído 47,5 millones de dólares de inversores, según el sitio web de inversiones PitchBook.

Pero, dijo, es "la química del futuro, la química que hace que las baterías se comercialicen en masa".

Ulrich Ehmes, director ejecutivo de Theion, que significa azufre en griego antiguo, dice que el problema con el azufre es que es tan corrosivo que mata la batería después de 30 cargas.

Pero dijo que la compañía con sede en Berlín, que cuenta con el respaldo de un puñado de ángeles e inversores privados, ha desarrollado una forma de tratar y recubrir un electrodo de azufre de litio que debería hacer que dure la vida de un EV.

Theion espera comenzar a suministrar baterías a finales de este año para impulsar bombas en cohetes comerciales durante el lanzamiento. Ehmes dijo que la compañía planea comenzar a enviar células de prueba a los fabricantes de vehículos en 2024, y se espera que las primeras aplicaciones de EV de producción estén alrededor de 2027.

Theion cree que sus cátodos de litio y azufre podrían almacenar tres veces más energía que las celdas NCM estándar, cargarse ultrarrápidamente y reducir los costos de las celdas de batería en dos tercios, a alrededor de $34 por kilovatio-hora.

"Es barato, tiene una alta densidad de energía, por lo que parece una obviedad", dijo Ehmes.

Tony Harper, director de Faraday Battery Challenge, el programa del gobierno británico que invierte en el fomento de nuevas tecnologías de baterías, dijo que la industria automotriz está cada vez más preocupada por los suministros de litio, cobalto, manganeso y níquel, por lo que las nuevas químicas son vitales.

"Esto eliminará la tensión de lo que pensamos que sería una situación muy, muy difícil", dijo Harper.

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