¿Serán las baterías de potasio el futuro?
Un artículo reciente hace una revisión sobre el estado actual de las baterías de potasio y las compara con las de litio.
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El ser humano ya ha alcanzado los límites del planeta y no se puede evitar un colapso de todos los ecosistema y un cambio climático catastrófico, por esta razón la última cumbre contra el clima ha fracasado. Básicamente no se puede hacer nada sin colisionar contra el capitalismo.
Ya nos prohíben entrar en ciertas ciudades con los autos anticuados, con la excusa de la contaminación del aire, pero el problema es mucho más complicado que todo ello. Entre otras cosas hay que reservar diésel para la agricultura, ganadería, pesca y distribución de mercancías. Factores sin los cuales la vida humana moderna no es posible.
Al final sólo unos pocos privilegiados podrán circular por ahí con unos carísimos coches eléctricos. Porque no se espera que el precio de estos vehículos baje mucho ni sus prestaciones aumenten. Aunque en ciertos esquemas simplistas no se tiene en cuenta la amortización de la energía, con sus emisiones asociadas, que tiene la construcción de estas máquinas, sus baterías y su reciclado.
Esta posible solución tecnológica a la falta de petróleo y al exceso de emisiones tiene, sin embargo, un punto débil: las baterías. Cuanto más autonomía queramos, más tardará en cargarse y más pesará la batería y, por tanto, más energía se gastará en mover el vehículo.
Hasta ahora la mejor solución es el uso de baterías de litio, aunque algunos coches híbridos usen baterías de hidruro de níquel. Pero la geología de la Tierra es caprichosa y no deposita los minerales que necesitamos de manera sencilla, democrática y en abundancia. El litio, el níquel o el cobalto que también se usa en las baterías de ión-litio modernas no iban a ser una excepción. Son escasos, su extracción es muy costosa y contaminante y, a veces, está en países políticamente inestables, como la República Democrática del Congo.
Tratar de conseguir el suficiente litio y cobalto para las baterías del parque automovilístico mundial y para los incipientes mercados automovilísticos indio y chino parece una meta imposible. Si a todo esto añadimos las baterías necesarias para almacenar la energía discontinua producida por aerogeneradores o placas fotovoltaicas, el suministro de baterías está bastante comprometido.
Así que investigadores liderados por Shinichi Komaba (Universidad de Ciencias de Tokio decidieron en su día investigar las posibilidades del sodio y el potasio como sustitutos del litio, al fin y al cabo están en la misma columna de la tabla periódica y son mucho más abundantes que el litio.
El caso del sodio es algo que han estudiado como alternativa varios grupos de investigación, pero no han tenido mucho éxito al sacar algo comercial al respecto de momento, pese a los avances realizados.
Komaba y Stanley Whittingham publicaron un estudio de revisión en 2014 sobre las posibilidades del sodio como sustituto del litio. Desde entonces Komaba y su equipo se han centrado en el potasio como posible alternativa. El interés por la baterías de ión de sodio (o KIB) empezó a aflorar a partir de estudios pioneros en 2015. Estas baterías podrían tener un mejor rendimiento que las de ión litio, pero estrían hechas con materiales más baratos, abundantes y no tóxicos.
Komaba ha analizado los trabajos sobre KIB un amplio estudio publicado en Chemical Reviews. Analiza los distintos electrolitos, electrodos y aditivos. Además compara los distintos materiales usados en baterías de litio, sodio y potasio. También estudia costes, toxicidad, voltajes involucrados, etc.
«Tal y como indican intensivas investigaciones recientes, las KIB son reconocidas como una promesa a las baterías de próxima generación debido a sus características únicas, como el coste-eficiencia, alto voltaje y alta potencia de operación. Mejoras próximas en el rendimiento de las KIB pueden allanar el camino a sus aplicaciones prácticas», dice Komaba.
Sin embargo, hay aspectos de las KIB que tienen que se investigados más, como su seguridad. De todos es conocido que las baterías de ión de litio pueden llegar a explotar en algunos casos, así que puede que a las de potasio les pueda pasar algo parecido. Por tanto es necesario investigar los distintos componentes y elementos involucrados para minimizar los riesgos. Por esta razón se investiga en electrolitos no acuosos y en aditivos.
El grupo de Komaba también investiga en supercondensadores y en pilas de combustible, además de baterías de litio y sodio.
Quizás este asunto de la investigación en baterías llegó unas décadas más tarde delo debido, pero bienvenido sea que por fin se haga.
Copyleft: atribuir con enlace a htpps://neofronteras.com
Fuentes y referencias:
Artículo original.
Gráfico: Tokyo University of Science.
7 Comentarios
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lunes 20 enero, 2020 @ 5:04 pm
Ah, los alcalinos. Pirotécnicos como ellos solos. Un lingotito de sodio tirado al agua (que además, flota), un verdadero show. Luz, proyecciones y explosiones. Todo para poder convertirse en su pacífico e inerte catión. Hubo un tarado en la II GM que propuso hacer portabañeras de fibrocemento e ir tirando bolas de sodio, nunca entendí bien el concepto, pero vamos.
Como la tecnología es cosa cultural, hay que reconocer que somos rematadamente estúpidos cuando nos devenamos los sesos en modificar el sílex en vez de cambiar nuestra dependencia cultural. Este cacharrito que estoy usando realmente consume tan poco, que el uso que hace de la batería es totalmente idiota, teniendo en cuenta no ya que es difícil (o imposible) usarlo conectado a la red, sino simplemente que con unos pedales se podría darle energía.
El coche lo mismo, es un diseño absurdo. Citroën, una de esas marcas cuya señal de identidad es hacer cosas absurdas (la famosa Panchita, el camioneto basado en el 2 CV y que ni siquiera hubiera pasado el estándar soviético), sacó en su día el modelo AX que pesaba 600 kg. Ni que decir tiene que un vehículo de 600 kg consume la mitad en moverse que uno de 1,2 toneladas (que viene siendo el estándar), y este coche debido a sus prestaciones (puede ir a más de 45 km/h), hoy en día no puede circular incluso como vehículo histórico (que lo es). Parece que no, pero moverse a 150-200 km/h es enormemente peligroso si no tienes un mínimo de masa.
Sin embargo, un coche actualmente podría pesar 350 kg. La verdad, para distancias cortas o urbanas no se entiende por qué tiene que ser un mamotreto brutal. Pero es que todo esto ya no son cosas de ingeniero.
miércoles 22 enero, 2020 @ 1:08 pm
Por el segundo párrafo: Pero sabemos que el diesel, es un recurso próximo a la finitud, como todos los combustibles fósiles. Sin embargo, la agricultura siempre será necesaria en la forma que sea.
viernes 24 enero, 2020 @ 7:15 pm
En Spanistán hay unos ~800.000 tractores agrícolas, he desistido de encontrar el número de pesqueros (bajura) porque además para un razonamiento dominguero tampoco es menester. Un tractor consume bastante más que un coche, sin embargo están infrautilizados y creo que se puede aceptar que un uso racional dejaría ese parque en una fracción. Los pesqueros igual. Sin embargo, el gasóleo agrícola (fraudes aparte) tiene un consumo considerable (y por supuesto el de calefacción), y como la fracción de gasóleo es fija dentro de unos márgenes estrechos del petróleo bruto, esto más la maquinaria industrial evidentemente crea un desajuste de consumo dado que el parque diésel de vehículos particulares en este (y otros países) está muy nutrido. En otras palabras: sobra gasolina, que prácticamente sólo la usan los coches, y falta gasóleo, que lo usan demasiados consumidores.
¿Un uso racional podría disminuir el problema? Evidentemente. Seguramente para la Idiotez Artificial sería pan comido. Y mira por donde hemos llegado al talón de Aquiles de la Idiotez Artificial: lo de meter sensatez a un sistema insensato no sé yo qué recorrido puede tener. Al final la rebelión de HAL9000 va a ser lo que Kubrick pronosticó: el ludita Bowman descerebra a HAL, a fin de cuentas HAL decidió que los humanos están como maracas y que él defendía la integridad de la nave y la misión mejor sin ellos (el hecho que use la eliminación física para conseguirlo demuestra que imita muy bien la Estupidez Humana).
Y eso, un tractor con baterías. A fin de cuentas si digo arriba que puede haber autos de 300 kg, con los materiales actuales tampoco entiendo bien que tractor y aperos tengan que ser unos mamotretos.
sábado 25 enero, 2020 @ 11:39 am
Sin meterme a comentar el resto del artículo, tu afirmación de que un tractor gasta bastante más que un coche es errónea. Los tractores suelen tener motores muy poco potentes, aunque con un buen par ya en las ruedas. Eso es porque su velocidad es mínima y no han de vencer la resistencia del aire, que es superior a las velocidades de unos 100 km/h a las que han de soportar los tractores incluso trabajando la tierra.
El caso de los barcos ya es distinto, porque la resistencia del agua es tremenda, por lo cual, aunque se usen motores potentes, el llevarlos durante muchas horas a un régimen constante exige que se les limite la potencia bajando las revoluciones máximas algo así como 1/3, creo recordar. O sea que si en un camión grande y veloz, que lleva tranquilamente 80 km/h, con un motor da 300 CV -ahora ya suelen llevar bastantes más-, en un barco no se le mantiene a más de 200.
O sea que los motores y los consumos para carretera, campo y mar requieren distintas soluciones, muy particulares para cada uno de ellos por sus tan distintos cometidos.
domingo 26 enero, 2020 @ 4:07 am
Introduciéndome en vuestra sinigual batalla, estoy viendo por Internet cifras de consumo de tractores, pero hablan de litros/hora: desde 15 a 22 litros/hora. Ahora la cuestión es cómo hacemos la comparativa con un utilitario (¿por ciudad o por autopista?).
Abrazos para mis queridos amigos.
domingo 26 enero, 2020 @ 11:17 pm
Estimados:
Los tractores no tiene cuentakilómetros, tiene cuentahoras. Porque kilómetros no recorren muchos.
La potencia va de 100 CV para los mediamos más pequeños a los 500 CV para los tractores más grandes.
Un tractor va a consumir mucho gasóleo porque está funcionando todo el día, un utilitario está parado casi todo el día y muchos fines de semana. Lo mismo sobre funcionar si parar se puede decir de camiones, furgonetas, barcos de pesca o mercantes, taxis, etc.
lunes 27 enero, 2020 @ 12:54 pm
Gracias, Miguel y Neo, por vuestros comentarios. Realmente yo me basé en recuerdos profesionales cuando escribí. En aquella época los tractores más usados eran los agrícolas, con motores diesel Perkins, creo que de 60 CV, o los C-60 que era una copia hecha por la empresa Barreiros y que también se montaban en los taxis transformados de gasolina a diesel. Así mismo, se usaban para los tractores más grandes los B-24, de unos 85 CV, mucho más pesados, lo que no suele ser un problema para un tractor. Como es natural, los taxis, en ciudad, tampoco alcanzaban grandes velocidades. Pero he mirado por ahí y se puede llegar a un consenso.
En http://oa.upm.es/20498/1/art%C3%ADculo_ahorro_de_combustible.pdf, encontramos una tabla de potencias y consumos en L/h. Las potencias que da van de 35 a 170 CV y los consumos correspondientes de 3,5 a 16,4 L/h. Si tomamos los intermedios, el de 90 gasta 7,2 y el de 110, 8,5. Haciendo la media para un 100 CV nos saldría un consumo de 7,85 L/h. Tomemos esto como referencia.
El mayor problema al comparar es que los coches actuales han perfeccionado mucho los motores. Yo tuve un Ford Mondeo diesel del 2010 -creo recordar de una potencia similar- que, en carretera, consumía más o menos 7 L/100 km y podemos suponer que esos 100 km los recorría en una hora si iba por autopista, o sea que la comparación es posible. Ciertamente estos datos me hacen perder la apuesta, pues consume más el tractor, aunque no por mucho.
Sin embargo, por simple razonamiento, sabemos que la energía necesaria aumenta con el cuadrado de la velocidad, además de otras variables como el coeficiente aerodinámico que, dicho sea de paso, parece importar poco actualmente, pues se ven grandes coches de una sección transversal enorme, cuando con ella han de encontrar una gran resistencia a la penetración en el aire y una fuerte succión por detrás.
Sin embargo, en una primera impresión yéndonos a casos extremos, vemos que, para grandes velocidades, como en F-1 las potencias se acercan a los 1000 CV y las velocidades a los 300 km/h, mientras que quizá el mayor bulldozer existente pesa más de 100 toneladas y lleva un un motor de unos 850 CV, muy útil para obras públicas y capaz de empujes asombrosos.
Ahora, los motores más exigentes se dan en los F-1 con turbocompresores cercanos a las 100.000 rpm, intercooler, y un montón de refinamientos en válvulas, muelles para ellas y aleaciones muy sofisticadas para soportar un número de rpm en motor que se acercan a las 20.000. Sin embargo en los motores de bulldozer y para generadores de electricidad, -incluso para propulsión de pesqueros- lo que se necesita es fiabilidad, sin importar el peso y rondan las 2000 rpm, que aún se rebajan para regímenes muy prolongados y constantes.
Bueno, lo dejo porque si no, me quedo con la página. Perdón por ello.
Abrazos a Dr., Miguel y Neo.