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Investigadores de la UAM crean baterías de ion-litio e impulsan esa industria en México

El automotriz es uno de los sectores más prometedores para el uso de ese tipo de dispositivos

Investigadores del Departamento de Química de la Universidad Autónoma Metropolitana (UAM) trabajan desde 2013 en la indagación y el desarrollo de baterías Ion-Litio, y los avances alcanzados permiten ahora contar con la infraestructura para fabricar dichos dispositivos y contribuir a la detonación de esta industria en México.

Los doctores Ignacio González Martínez y Guadalupe Ramos Sánchez señalaron en entrevista que, aun cuando el estudio del tema en el país ha sido escaso, el grupo de académicos de la Unidad Iztapalapa se ha esforzado en impulsar esta área y ha dado pasos hacia adelante en la obtención e ingeniería de nuevas químicas de electrodos, celdas y pilas basadas en la tecnología Ion-Li, “destinada a ocupar un lugar relevante en los próximos años”.

Uno de los sectores más prometedores respecto del uso de este tipo de unidades es el automotriz, dada la expansión del mercado de vehículos eléctricos, que no sólo se volverán el modo común de transportación, sino que podrían desplazar a otros medios.

Ramos Sánchez expuso que el crecimiento exponencial del ramo se dará al menos hasta 2050 y requerirá gran cantidad de litio, del cual México no tiene suficiente, por lo que resulta necesario buscar alternativas, no sólo para encontrarlo sino para procesarlo, junto con otros materiales que acompañan la producción de pilas, con el fin de dotarla de un valor agregado mediante un aparato funcional.

En ese contexto, las baterías de litio son las mejores que existen en términos de cantidad de energía almacenada y de potencia, entre otras propiedades, sin embargo, lo más significativo es que pueden optimizarse y está en curso una carrera global por crear nuevos componentes, sobre todo en relación con el almacenamiento y la potencia.

Esto es trascendental porque las pilas de Ion-Li tienen químicas diversas, tanto en el electrolito y los elementos catódicos, como en la ingeniería de fabricación, cuyo perfeccionamiento representa ventajas económicas, energéticas y de seguridad.

“En la UAM elaboramos componentes y otras partes de las baterías que nos permitirían ser competitivos” en cuanto al almacenamiento, además de que las tecnologías emergentes para obtener energía de fuentes renovables aún presentan varios problemas de variabilidad e intermitencia en la producción.

No obstante, los sistemas de almacenamiento de energía, entre ellos las pilas Ion-Li, pueden jugar un rol destacado y, a ciertas escalas, ofrecer una solución a dichos aspectos.

Los investigadores de la UAM comentaron que, en ese sentido, es imperioso desarrollar materiales y, en la operación de las baterías Ion-Litio, esto implicaría una ganancia económica.

El doctor González Martínez explicó que las ventajas de aquéllas son importantes porque “las más comunes son de plomo ácido y para tener una cierta cantidad de carga eléctrica –96 500 coulombs– se requieren 150 gramos de plomo, mientras que con una de litio se precisan sólo siete gramos de ese metal, lo que la hace notablemente más ligera”.

La batería de plomo-ácido, utilizada desde 1870, va a continuar aplicándose en dispositivos industriales y como acumuladores de electricidad proveniente de fuentes alternas, entre muchos otros objetos y, aunque se han hecho mejoras, “éstas son mínimas”, mientras que la de litio tiene la ventaja de un amplio campo para su eficiencia.

Otra conveniencia radica en la propia manufactura de los dispositivos y en la UAM “pretendemos hacer la ingeniería para que la pila ofrezca las propiedades que el usuario demanda, por ejemplo, para un marcapasos debe ser muy segura y por eso cambiaríamos las características”, con el fin de que sea infalible, aun cuando no genera mucha energía.

El mismo principio sería para los automóviles, pues algunos emplearían baterías que duren todo el día, pero sin mucha potencia, es decir, pueden encontrarse las funciones desde el punto de vista de la química para que el aparato tenga determinadas cualidades.

Uno de los propósitos del grupo es trabajar en lo fundamental con elementos que sean abundantes en México, por lo que “empezamos con el cobre, entre otros iones metálicos”. Un eje más de acción es hacer materiales menos contaminantes, reemplazando el cobalto, los electrolitos y aglomerantes comunes, con otras químicas que sean rentables y no dañinas para el medio ambiente.

“Un rasgo más que nos caracteriza es el desarrollo, desde la química, de metodologías para analizar qué es lo que ocurre dentro de la batería durante su operación y los procesos para que se degrade, explote o tenga una buena vida”.

También “podemos hacer celdas, ya que las pilas se constituyen de una serie de éstas de diferentes configuraciones y tamaños”. Al maniobrar con litio y a veces con litio metálico y solventes, los cuales absorben por completo el agua, “hemos tenido que adquirir la infraestructura necesaria” para ensamblar –sin riesgo alguno y con un control estricto– celdas y baterías de diferentes tamaños, desde las tipo botón, como las de los relojes, hasta las de computadora, generando la “prueba de concepto” para construir celdas para automóviles.

Entre los logros más relevantes del proyecto destacan los polímeros electrolitos y binders –aglomerantes– de conducción única, que ofrecen ventajas competitivas, no sólo respecto del mejoramiento de los procesos electroquímicos, sino también en el impacto medioambiental por la fabricación de pilas.

Los profesores subrayaron que desde el inicio de sus indagaciones sobre la tecnología Ion-Li observaron eléctricamente celdas y baterías de diferentes capacidades y tamaños, creando una infraestructura material e intelectual para examinar in situ lo que ocurre durante la operación de las pilas, incluido el estudio de gases emanados por ciertas reacciones secundarias, los cambios en la estructura de largo alcance y propiedades espectroscópicas, porque de ello depende que la batería soporte varios ciclos de carga y descarga, así como una durabilidad larga.

Por lo tanto, se trata “de una infraestructura de primer nivel, realizada toda con tecnología nacional y por científicos mexicanos”, recalcaron.

Debido a la intensa comercialización de autos entre México, Estados Unidos y Canadá, la gran cantidad de energía renovable y la disponibilidad de recursos, el país tiene una ventaja competitiva, no sólo para procesar materiales sino para impactar la cadena productiva de baterías hasta el usuario final, es decir, desde la generación hasta el diseño de ingeniería de fabricación y control, entre otros aspectos.

Los especialistas de la UAM confían en que haya interés en invertir en este proyecto, porque “vamos a hacer baterías que sirvan a México”.

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