¿Qué potencial de innovación ofrece el uso del grafeno para las baterías de iones de litio?
Una nueva publicación que aborda el uso del grafeno en las baterías de iones de litio apunta al potencial de este material: El grafeno puede mejorar notablemente el rendimiento de las baterías en el futuro. Aunque se han hecho grandes progresos desde el punto de vista tecnológico, el uso a gran escala de componentes de baterías basados en grafeno sigue siendo un reto. El artículo "Graphene Roadmap Briefs No. 4", publicado ahora en la revista especializada 2D-Materials, destaca las tendencias clave desde 2017 y las perspectivas de futuro para la comercialización del grafeno en la tecnología de las baterías.
El grafeno se considera un material prometedor para el desarrollo futuro de las baterías de iones de litio (LIB) debido a sus propiedades electrónicas, mecánicas y químicas únicas. El artículo publicado recientemente resume los principales avances y retos en el desarrollo y comercialización de baterías de iones de litio con componentes de grafeno, centrándose en los ánodos de silicio basados en grafeno. La publicación se basa en dos hojas de ruta tecnológicas elaboradas por Fraunhofer ISI para la iniciativa Graphene Flagship de la UE, en las que se analizaban los avances y tendencias actuales en este campo de aplicación.
El grafeno puede mejorar el rendimiento y la sostenibilidad de las baterías
Los resultados subrayan, por ejemplo, que el grafeno como aditivo en compuestos de silicio-carbono permite aumentar hasta un 30% la densidad energética de las baterías. El grafeno también podría ofrecer ventajas para la capacidad de carga rápida y ayudar a acortar los tiempos de carga. Además, la incorporación de grafeno a los ánodos de silicio podría mejorar aún más la estabilidad y, por tanto, la vida útil y la sostenibilidad de las baterías. Sin embargo, la estabilidad de los ánodos de silicio aún no alcanza la de los ánodos de grafito convencionales.
Por otro lado, en la actualidad se carece de procesos de fabricación rentables para una amplia aplicación en el mercado de las baterías basadas en grafeno, y los precios del grafeno y los materiales relacionados se han mantenido inesperadamente altos en el pasado. Al mismo tiempo, el rendimiento de las baterías de iones de litio no deja de mejorar, la cuota de vehículos eléctricos crece y avanza la construcción de instalaciones europeas de producción de pilas. Esto, a su vez, aumenta las posibilidades de introducir nuevos materiales como el grafeno, sobre todo para aplicaciones de rendimiento optimizado.
"Observamos un interés continuo por las soluciones basadas en el grafeno en el sector de las baterías, pero también vemos que las baterías de iones de litio son cada vez más eficientes y se optimizan constantemente en términos de coste y rendimiento. El factor decisivo para el uso del grafeno en las baterías de iones de litio es la rapidez con la que los componentes de las baterías basados en grafeno pueden integrarse en los procesos de producción industrial y si podemos establecer una cadena de suministro estable y basada en las necesidades", explica Maximilian Stephan, primer autor de la publicación. Y añade: "Esto requiere estrategias coordinadas para que los beneficios científicamente probados puedan utilizarse a escala industrial."
De cara al futuro, la publicación subraya que numerosas start-ups y empresas están trabajando en enfoques innovadores para la producción de grafeno, aunque algunas siguen estrategias muy diferentes: Algunas se centran en el desarrollo de métodos de producción rentables y a gran escala de grafeno menos puro. Otras se centran en el uso de grafeno de gran pureza para aplicaciones específicas cuyo rendimiento justifique un precio potencialmente más elevado. En cuanto al precio futuro del grafeno, el estudio ve posibilidades de reducción de costes mediante el aumento de la producción y la mejora de los procesos de fabricación.
Perspectivas de futuro y necesidades de investigación
A pesar de los numerosos retos, los autores del Fraunhofer ISI creen que la futura penetración del grafeno en el mercado de la tecnología de baterías es posible. Un campo de aplicación prometedor podría ser la producción de compuestos de silicio-grafeno para baterías especiales, ya que ofrecen ventajas tecnológicas y pueden mejorar el rendimiento de los ánodos basados en silicio, por ejemplo. Además, se está investigando el grafeno como posible componente de las baterías de litio-azufre, que podrían representar a largo plazo una alternativa a las baterías de litio-azufre convencionales.
Según los autores, el desarrollo futuro depende en gran medida de la investigación y la cooperación industrial. En primer lugar, hay que impulsar la madurez de mercado de los componentes basados en grafeno y su comercialización, y evaluar continuamente el rendimiento del grafeno en comparación con materiales alternativos de alto rendimiento. Para aumentar la penetración en el mercado, también es necesaria una estrecha colaboración entre los fabricantes de materiales, los productores de baterías, la industria automovilística y la investigación. Unos precios más elevados podrían justificarse por los elevados beneficios adicionales y la concentración en aplicaciones de alto rendimiento.
En resumen, puede decirse que El grafeno sigue siendo un material prometedor para la industria de las baterías, aunque todavía no se ha introducido en el mercado a gran escala. Los avances en la investigación de materiales y el establecimiento de una cadena europea de producción y valor de las baterías podrían allanar el camino hacia una mayor utilización a medio plazo. Si se consigue mejorar aún más la escalabilidad, el grafeno podría desempeñar un papel importante como material para baterías dentro de unos años.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Alemán se puede encontrar aquí.
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