Todo parece indicar que el grafeno revolucionará el mercado de baterías para vehículos eléctricos (EV) a mediados de la década de 2030, según una nueva plataforma de análisis de inteligencia artificial (IA) que predice avances tecnológicos basados en datos de patentes mundiales.
A medida que se acelera la transición global hacia un sistema de transporte electrificado, la búsqueda de la batería perfecta para vehículos eléctricos, que ofrezca el equilibrio ideal entre costo, densidad de energía, seguridad y sostenibilidad ambiental, se vuelve cada vez más destacada. Hay alrededor de una docena de químicas de baterías que compiten por el dominio del mercado; Cuál saldrá victorioso es la verdadera pregunta del billón de dólares. Al menos a corto plazo, es probable que las baterías tradicionales basadas en litio mantengan su dominio en el mercado, mientras que las baterías basadas en sodio ofrecen una alternativa barata y ecológica para ciertas aplicaciones, según una nueva investigación de Focus, una plataforma de análisis de inteligencia artificial que predice avances tecnológicos basados en datos de patentes globales. Sin embargo, son las baterías emergentes de grafeno y de iones duales las que probablemente algún día realmente revolucionen el mercado.
La investigación sugiere que las baterías de grafeno en particular surgirán entre principios y mediados de la década de 2030 para desafiar a sus contrapartes de litio por la corona de los vehículos eléctricos, a medida que el precio de producción de grafeno caiga precipitadamente. Este desarrollo promete no sólo mejorar enormemente el rendimiento de los vehículos eléctricos, sino también ofrecer una gran ayuda para los objetivos de eficiencia energética y reducción de carbono. "Si hay una tecnología de baterías a la que hay que prestar atención, es el grafeno", afirma Jard van Ingen, director ejecutivo y cofundador de Focus.
Los jóvenes pretendientes
Focus analiza el estado actual de la química de las baterías de vehículos eléctricos y pronostica cuáles parecen dominar en los próximos años. Utilizando un enfoque inspirado en la investigación del Instituto de Tecnología de Massachusetts, la plataforma Focus procesa grandes volúmenes de datos de patentes globales en tiempo real utilizando tres tipos de IA: modelos de lenguaje grandes realizan investigaciones continuas en archivos de datos de patentes globales para exploración, puntuación y comparaciones tecnológicas. ; la búsqueda vectorial proporciona inteligencia en tiempo real sobre el panorama global de innovación y tecnología; y la regresión multivariada ofrece análisis predictivos al identificar relaciones entre los datos y los resultados del mundo real. Focus calcula 'Niveles de preparación tecnológica' para la madurez de las tecnologías de baterías y una 'Tasa de mejora tecnológica' para medir el aumento en el rendimiento por dólar por año de diferentes químicas de baterías.
"En esencia, para los vehículos eléctricos, se trata de encontrar ese punto óptimo entre densidad de energía, seguridad, costo y sostenibilidad", dice Kacper Gorski, jefe de operaciones de Focus. “Cada una de estas químicas aporta algo único y su desarrollo dará forma al futuro de la movilidad eléctrica. La pregunta clave es, sin embargo, ¿cuáles realmente están progresando rápidamente y cuáles están sobrevalorados?”
Focus descubrió que todas las tecnologías de baterías basadas en litio están mejorando a velocidades similares. Las químicas dominantes actuales, litio-níquel-manganeso-cobalto y litio-hierro-fosfato, están mejorando año tras año (YoY) a tasas del 30% y 36%, respectivamente. Las baterías de litio-azufre están mejorando un 30% interanual y los ánodos de silicio un 32%, lo que significa que es poco probable que ambos alteren el mercado: las tecnologías verdaderamente disruptivas tienen velocidades de mejora que son significativa y consistentemente más altas que las de sus competidores. De manera similar, aunque se ha escrito mucho sobre el potencial de las baterías de litio de estado sólido, Focus descubrió que la tecnología solo está mejorando a un ritmo interanual del 31%, lo que significa que tampoco es probable que altere a los actuales.
Lo mismo ocurre con las baterías de sodio, que tienen una tasa de mejora del 33%, lo que las coloca dentro del error de medición de las baterías de fosfato de hierro y litio. Van Ingen explica que las baterías de sodio tienen una densidad de energía relativamente modesta, lo que limita el kilometraje que pueden ofrecer a los vehículos eléctricos sin añadir demasiado peso al vehículo. Sin embargo, tendrían sentido para el almacenamiento estacionario, donde el peso no es un factor limitante. “Entonces, si todo lo que necesitas son baterías relativamente baratas para las demandas de la red, entonces las baterías de sodio tienen mucho sentido”, afirma. “Incluso podrían funcionar para vehículos eléctricos de gama baja: vehículos realmente baratos y de gran producción diseñados para distancias cortas. Es una tecnología que mejora relativamente rápido, pero no va a alterar completamente el mercado”.
Son algunas de las químicas de baterías más incipientes las que están generando mayor entusiasmo. Las baterías de magnesio y azufre están mejorando a un ritmo del 24.4% interanual, las baterías de iones de magnesio al 26%, las baterías de nanocables al 35% y las baterías de iones de potasio al 36%. Sin embargo, todo esto palidece en comparación con las baterías de grafeno, que están mejorando a un increíble 48.8% interanual, o las baterías de iones duales, que cuentan con una tasa de mejora interanual del 48.5%. "Debido a que las velocidades de mejora de las baterías de grafeno y de iones duales son significativa y consistentemente más altas que las de otras químicas de baterías, estas pueden considerarse disruptivas", dice van Ingen.
Sin embargo, en un enfrentamiento directo entre las dos químicas, Focus cree que las baterías de grafeno tienen el mayor potencial, ya que la investigación está más desarrollada y el elemento es más ubicuo. La tecnología ofrece un gran avance en el rendimiento de los vehículos eléctricos, prometiendo altas densidades de energía, mayor ciclo de vida (el número de ciclos de carga y descarga que una batería puede completar antes de perder rendimiento) y carga rápida. Su principal desventaja en la actualidad es su costo prohibitivo, impulsado por el precio increíblemente caro de la producción de grafeno.
"El grafeno es un material realmente básico derivado de cualquier fuente de carbono", afirma van Ingen. “El material base es realmente abundante, está por todos lados, pero la forma de convertirlo en grafeno es la limitación. Los métodos de producción actuales son demasiado caros”.
Baterías de grafeno, el verdadero disruptor
Para que las baterías de grafeno irrumpan en el mercado de los vehículos eléctricos, el coste de producción de grafeno debe reducirse significativamente. El grafeno se produce actualmente a unos 200,000 dólares la tonelada, o 200 dólares el kilogramo (kg). Es difícil predecir qué tan barata debe ser la producción antes de que los fabricantes comiencen a usarlo en sus baterías, pero Focus cree que esto sucederá cuando el grafeno sea comparable al litio.
Actualmente, producir carbonato de litio cuesta alrededor de $16/kg y los analistas creen que podría caer un 30% adicional a $11/kg en 2024. El método de pronóstico de Focus estima la velocidad de mejora de la producción de grafeno en un 36.5% interanual. Entonces, suponiendo el precio actual de 200 dólares/kg y un precio objetivo de 11 dólares/kg, Focus pronostica que la producción de grafeno será lo suficientemente barata como para que el material se introduzca en la química de las baterías alrededor de 2031.
Según Focus, actualmente hay alrededor de 300 organizaciones trabajando en tecnología de baterías de grafeno. De las diez empresas mejor posicionadas para revolucionar el mercado de las baterías con grafeno, Focus sitúa a Global Graphene Group como líder. Su filial, Honeycomb Battery Company, anunció recientemente un acuerdo de combinación histórico con Nubia Brand International destinado a mejorar las capacidades de fabricación e investigación de Honeycomb, con un enfoque principal en la tecnología avanzada de baterías para vehículos eléctricos.
De manera similar, StoreDot, la única empresa emergente entre las diez primeras, ha logrado avances impresionantes en 2023. La compañía está lista para producir en masa sus celdas de batería '100 en 5' en 2024. Estas celdas están diseñadas para ofrecer al menos 100 millas de alcance. con sólo cinco minutos de carga. StoreDot ha firmado acuerdos estratégicos con empresas como Volvo Cars (Geely), VinFast y Flex|N|Gate. A principios de 2024, colaboró con Polestar de Volvo Cars en la primera demostración de carga de vehículos eléctricos en diez minutos del mundo. La calidad de su batería ha sido validada después de pruebas realizadas por 15 fabricantes líderes a nivel mundial, y no muestra degradación incluso después de 1,000 ciclos consecutivos de "carga extremadamente rápida".
Toray Industries, por otro lado, ha sido identificada por Focus como el actor de iteración más rápida (el tiempo de ciclo más bajo). La compañía ha logrado avances significativos en su investigación sobre baterías de grafeno, desarrollando una solución de dispersión de grafeno ultrafina con excelente fluidez y conductividad eléctrica y térmica, particularmente beneficiosa para aplicaciones como baterías y materiales de cableado. De este modo, Toray puede crear grafeno muy fino y de alta calidad a partir de materiales de grafito económicos. La tecnología, afirma Toray, ofrece una duración de batería un 50% mejor que los nanotubos de carbono tradicionales utilizados como agentes conductores.
"De cara al futuro, el mayor obstáculo actual para las baterías de grafeno es encontrar un método de producción que realmente pueda hacerlo a escala", concluye van Ingen. Sigue siendo un campo dominado principalmente por la investigación, pero esto lo catapultará al mundo real en la próxima década, según Focus.
Fuente de Solo coche
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