Un material clave del futuro de las baterías de iones de litio

Si se puede resolver el cuello de botella de la purificación de fosfato, las baterías LFP desempeñarán un papel importante en los vehículos eléctricos y el almacenamiento de energía.

Baterías de fosfato de hierro y de iones de litio

Las baterías de iones de litio alimentan una variedad de dispositivos, desde teléfonos inteligentes y computadoras portátiles hasta vehículos eléctricos (EV) y sistemas de almacenamiento de energía en baterías. Uno de los componentes clave de una batería de iones de litio es el material del cátodo. Debido a la necesidad de altas densidades de energía, los cátodos hechos de óxidos de níquel, cobalto, manganeso o aluminio son populares, especialmente por los largos intervalos de carga que pueden proporcionar a los vehículos eléctricos. Sin embargo, recientemente los cátodos fabricados a partir de fosfato de hierro (LFP) se han vuelto cada vez más populares, lo que ha aumentado la demanda de producción y purificación de fosfato.

El fosfato de hierro es un compuesto negro insoluble en agua con la fórmula LiFePO4. En comparación con las baterías de iones de litio, las baterías LFP tienen varias ventajas. Tiene bajos costos de fabricación, un ciclo de vida prolongado y estabilidad térmica. Un inconveniente de las baterías LFP es que no tienen la misma energía y densidad de potencia que las fabricadas con electrodos positivos a base de níquel. Esto significa que las baterías para vehículos eléctricos fabricadas con electrodos positivos LFP tienen un alcance más corto y un rendimiento más bajo, pero pueden ser aceptables para vehículos eléctricos de precio bajo y medio.

Las aplicaciones clave para los LFP también incluyen sistemas de almacenamiento de energía y suministros de energía de respaldo, cuyo bajo costo compensa las preocupaciones sobre la reducción de la densidad de energía.

Desafíos en la producción de fosfato de hierro

El fosfato de hierro es un material relativamente económico y respetuoso con el medio ambiente. Los mayores productores mineros de mineral de fosfato son China, Estados Unidos y Marruecos. También se descubrió una nueva y enorme fuente en Noruega.

El fosfato de hierro se utiliza industrialmente como catalizador en las industrias del acero y del vidrio y en la producción de fertilizantes agrícolas. Se estima que las abundantes reservas mundiales de roca de fosfato serán suficientes para más de 100 años antes de que de repente se hiciera popular como baterías de tracción LFP para vehículos eléctricos.

El creciente uso de baterías LFP en los vehículos eléctricos y el almacenamiento de energía requerirán una cantidad significativamente mayor de ácido fosfórico purificado (PPA). El sector automotriz representa actualmente alrededor de 5% de demanda de ácido fosfórico purificado (PPA), que se espera que aumente a 24% para 2030.

Aunque el suministro de material de fosfato extraído parece ser suficiente para satisfacer las necesidades futuras, refinar el material para convertirlo en PPA no satisface la demanda. Actualmente, China domina la industria de refinación de fosfato y representa casi dos tercios de la capacidad de producción. Actualmente, sólo hay tres proyectos de refinación de PPA en marcha fuera de China. Una refinería a gran escala capaz de producir 30.000 toneladas de PPA requerirá una inversión de capital de $100 millones, y muchas deberán construirse antes de 2030 para satisfacer la demanda de una mayor producción de baterías LFP. Hay.

La refinación de la roca de fosfato a PPA debe realizarse a niveles muy altos para su uso en el electrodo positivo de las baterías LFP. A menos que se eliminen los metales pesados y las impurezas, los iones de litio pueden tener dificultades para migrar desde el electrodo positivo (cátodo) y el electrodo negativo (ánodo). Actualmente, sólo alrededor del 3 por ciento del suministro total de minerales de fosfato está disponible para refinarlo y convertirlo en materiales para baterías catódicas.

También sería beneficioso llevar a cabo el refinamiento de PPA cerca de las fábricas de baterías que utilizan el material para fabricar celdas LFP. Transportar rocas que contienen fosfatos es caro, pero refinar el producto más cerca de la fábrica de baterías reduce los costos. Empresas chinas como BYD y CATL se centran en la producción de baterías LFP, por lo que China tiene una gran ventaja en la refinación de PPA.

Perspectivas de la LFP

Más allá de la química LFP actual, la adición de manganeso al cátodo de fosfato de hierro y litio mejora la densidad de energía de la batería a un nivel cercano al de los cátodos a base de níquel, aumentando así el EV con una sola carga. El alcance de crucero aumentó. Para que estas químicas de baterías sigan creciendo, se requerirá una inversión significativa en capacidad de refinación de PPA, si se quieren producir baterías de tracción LFP en grandes fábricas occidentales.