Las baterías de iones de litio se han convertido en el estándar de la revolución de la electrificación. De hecho, se han vuelto tan indiscutiblemente esenciales para el desarrollo de baterías que todos, desde el gobierno hasta los fabricantes de automóviles y las grandes petroleras, se apresuran a apuntalar el acceso al mineral.
El único problema es que extraer el litio es caro, requiere mucho tiempo y trabajo. Y ese proceso de extracción tiene un efecto negativo en el medio ambiente. Lo mismo ocurre con los demás materiales que forman parte de una batería, como el níquel, el cobalto y el grafito.
Un puñado de nuevas empresas han surgido para experimentar con diferentes químicas en un intento de construir baterías que sean más eficientes, livianas y respetuosas con el medio ambiente. Por lo general, reemplazan algunos de los materiales estándar, pero rara vez renuncian por completo a depender del litio.
Ingrese a Flint, una startup de Singapur que dice haber ideado una manera de reemplazar el litio de una batería con papel.
“Las baterías de papel son muy nuevas en este mundo y sólo hay unas pocas instituciones trabajando en esta tecnología en este momento”, dijo a TechCrunch Carlo Charles, cofundador de Flint. “Estamos trabajando para cambiar los materiales, por lo que en lugar de fusionar litio, níquel y cobalto, utilizamos papeles de zinc, manganeso y celulosa. Con esas tres cosas podemos cambiar la forma en que se puede usar la batería, pero mantener cómo se fabrica la batería. Así que esa es la ventaja que tenemos en comparación con otras estrategias y tecnologías de baterías que existen”.
Flint, que participó en TechCrunch Disrupt 2023 Startup Battlefield, no comenzó a producir sus baterías de papel hasta 2022, pero la compañía ya tiene un prototipo. Las pruebas iniciales han sido prometedoras y ahora Flint quiere encontrar socios con quienes probar sus baterías de papel en productos de consumo.
Suena bien, pero ¿cómo funciona?
Primero necesitas entender un poco sobre las baterías de iones de litio normales. Están formados por cuatro componentes: el ánodo (el electrodo negativo), el cátodo (el electrodo positivo), el separador y el electrolito. El electrolito, que es un material líquido, se encuentra en el medio y actúa como un mensajero, moviendo iones entre los electrodos durante la carga y descarga.
La batería de Flint sólo tiene tres componentes: un ánodo a base de zinc, un cátodo a base de manganeso y el separador de papel. Flint recubre su papel de celulosa, su ánodo y su cátodo con hidrogel antes de hornearlo en un horno de vacío, creando de hecho un papel de celulosa reforzado con hidrogel. El hidrogel es un material “inteligente” que puede cambiar su estructura en respuesta al entorno, como la temperatura, los niveles de pH, la sal o el agua. También es la salsa secreta de Flint porque permite la transferencia de electrones entre el ánodo y el cátodo sin la necesidad de un separador y un electrolito.
Y aparentemente funciona, lo suficientemente bien como para que, aunque se cambia la composición química de la batería, la estructura y el proceso de fabricación de la batería siguen siendo los mismos. En otras palabras, las baterías de Flint algún día podrán usarse indistintamente con las baterías de litio actuales, dice Charles.
“Podemos simplemente utilizar las tecnologías existentes que ya existen, incorporar nuestra receta y tener fácilmente una línea de producción con baterías de papel”, dijo el cofundador, señalando que otras soluciones como las baterías de hidrógeno o sodio requieren cambiar la forma. se fabrica un producto. “Lo bueno de nosotros es que hacemos que sea muy fácil para los fabricantes y proveedores cambiar las baterías de litio viejas por nuestras baterías de papel”.
Charles dijo que Flint eligió el zinc y el manganeso en lugar del litio, el cobalto y el níquel porque los dos primeros son materiales más abundantes, lo cual es importante cuando se habla de sostenibilidad en la industria de las baterías. Dijo que también son materiales más seguros que los que se utilizan en las baterías actuales, que son altamente reactivas. No hace falta mirar más allá de los numerosos incendios de baterías de litio que se han provocado para ver que los materiales críticos más seguros son una perspectiva atractiva.
“Literalmente, puedes cortar nuestra batería mientras está en funcionamiento, y seguirá funcionando sin sobrecalentarse ni explotar, como esperamos que hagan las baterías de litio”, dijo Charles.
Los materiales utilizados en las baterías de papel de Flint también les permiten funcionar en un rango de temperatura de 15 grados Celsius negativos a 80 grados Celsius, lo que abre una gama más amplia de posibilidades de productos y proporciona un ejemplo de cómo la eficiencia no se degrada con el tiempo. Los materiales de las baterías actuales, dijo, sólo pueden funcionar entre 15 y 35 grados Celsius.
“Las baterías de litio son realmente buenas en cuanto a peso, capacidad y volumen, pero no son tan eficientes en cuanto a costo y seguridad”, dijo Charles.
Las baterías de papel de Flint mueven la aguja en términos de costo y seguridad, y ya igualan los estándares de las baterías de litio en lo que respecta a voltaje y corriente. Pero a las baterías de papel les queda un largo camino por recorrer para igualar la capacidad de las baterías de litio. Específicamente, Flint necesita aumentar la densidad volumétrica de sus baterías.
“Así que si enrollamos esta batería de papel en una batería AA, por ejemplo, sólo podemos proporcionar alrededor del 60% o el 70% de la densidad de energía de una batería de litio”, dijo Charles. “Así que nos estamos centrando en dos cosas. El número uno es aumentar este número a un estándar más alto. Y el número dos es ver si hay alguna aplicación que pueda usarse hoy con estos números, donde la densidad de energía no sea tan importante”.
Flint también necesita mejorar el ciclo de vida de sus baterías antes de que puedan salir al mercado. Charles dice que una batería de litio que haya sido probada durante 2.000 ciclos de vida vería su salud depreciarse hasta un 60%. Flint solo tiene los recursos para realizar pruebas durante 1000 ciclos de vida, pero durante esos ciclos de vida, la salud de la batería desciende al 70%.
Charles señaló que está orgulloso de lo que su pequeño equipo de cinco empleados y cuatro asesores ha podido lograr, dados los recursos limitados de Flint. La startup recaudó 50.000 dólares y el gobierno de Singapur le dio otros 100.000 dólares. Con eso, Flint pudo crear una sala limpia con MacGyver para fabricar baterías y probarlas.
Las baterías deben fabricarse en habitaciones que estén tan limpias y secas que no se pueda encontrar ni una mota de polvo ni una pizca de humedad. Las condiciones tienen que ser precisas y la maquinaria implicada suele estar automatizada. Charles describió en broma el “entorno muy abierto” en el que Flint produce sus prototipos hoy como “exactamente donde no deberías fabricar baterías”.
“Fui a una planta de baterías recientemente y tienen una gran máquina de suspensión en la que se ponen los polvos para convertirlos en líquido, y manejan esa enorme máquina, que es casi la mitad del tamaño de mi habitación, y la hacen funcionar. 12 horas sólo para hacer un componente de lechada”, dijo Charles. “¿Sabes qué hacemos para fabricar nuestras baterías? Usamos una batidora de huevos y lo batimos durante tres horas con las manos. Y nuestros números son decentes incluso con todo eso. Imagínense si tuviéramos los recursos y las instalaciones”.
Pasar del prototipo al producto
El cofundador de Flint, Carlo Charles, sostiene una batería de papel enrollada. Créditos de imagen: Pedernal
Flint se encuentra en el último tramo de su viaje para optimizar la química de la batería. A partir de ahí, la empresa pronto estará lista para dedicarse a la fabricación y la producción e intentar que otras empresas utilicen baterías de papel Flint en sus productos.
Para llegar inicialmente a un punto de escala, Charles dijo que Flint deberá centrarse en dos de los siguientes tres puntos de referencia: peso, capacidad y volumen. Si la startup sacrifica el peso adecuado para centrarse en reducir el volumen y aumentar la capacidad, puede intentar salir al mercado con sistemas de almacenamiento de energía (ESS). Según Charles, Flint ya está trabajando con uno de los mayores proveedores de ESS de Singapur.
La empresa también podría sacrificar capacidad y centrarse más en fabricar baterías con menos peso y volumen, lo que presentaría la aplicación ideal para sensores remotos y dispositivos portátiles.
La visión a largo plazo sería descubrir cómo sacrificar volumen, aumentar la capacidad y reducir el peso, lo que haría que las baterías fueran más adecuadas para los vehículos eléctricos.
“Hemos estado en conversaciones con Airbus, que está intentando electrificar sus aviones para el futuro”, dijo Charles. “A largo plazo nos gustaría poder ayudarlos y fabricar baterías con formas personalizadas, ya que son de papel y flexibles. Podrían tener la forma de un ala o de todo el cuerpo curvo del avión”.
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