El interés de los consumidores y los objetivos de sostenibilidad están impulsando la demanda creciente de vehículos eléctricos. Estados Unidos espera que las ventas de vehículos eléctricos alcancen el 50 % del mercado total para 2030, pero el 99 % de las materias primas y los componentes de las baterías para vehículos eléctricos se producen en el exterior.^{1, 2} El abastecimiento de materiales y baterías fabricados en el extranjero ya ha creado desafíos para la industria. La invasión rusa de Ucrania causó inestabilidad en el mercado que hizo que el precio del níquel, un material clave para las baterías, se disparara en marzo de 2022.³

Los fabricantes de vehículos eléctricos no se sienten optimistas de que la estabilización del comercio mundial vaya a suceder pronto. Markus Duesmann, director ejecutivo de la división Audi de Volkswagen, dijo al New York Times: “Las materias primas van a ser un problema en los próximos años”.⁴

El gobierno de Estados Unidos está listo para admitir nuevas metodologías para un suministro nacional sostenible de baterías. Un proyecto de ley de infraestructura bipartidista de 2022 asignó más de 7 mil millones de dólares estadounidenses para ayudar a crear una cadena de suministro de baterías estadounidense con costos más bajos, menos disrupciones, y producción acelerada.⁵

Ahora, el futuro de la producción nacional de baterías está en manos de los investigadores y fabricantes de baterías. La industria de las baterías para vehículos eléctricos está adoptando nuevas técnicas y tecnologías para hacer lo que parece imposible: crear baterías confiables sin depender del comercio exterior. Estas son las maneras en que los principales fabricantes de baterías para vehículos eléctricos ya están avanzando en la producción nacional sostenible de baterías, y el papel fundamental que juegan las técnicas analíticas en este camino.

Los principales fabricantes de equipos originales (FEO) de vehículos eléctricos están comenzando a fabricar sus propias baterías para sortear los problemas de la cadena de suministro y reducir los costos. En el Seminario y Exposición Internacional de Baterías (International Battery Seminar and Exhibit) 2022 en Orlando, Florida, la Dra. Mei Cai, Directora de investigación de sistemas de celdas de batería en Investigación y Desarrollo de General Motors (Director of Battery Cell Systems Research at General Motors R&D), habló acerca del trabajo de GM para fabricar baterías.

La Dra. Cai explicó que la principal prioridad de GM en su desarrollo interno de baterías es la densidad de energía o cuánta energía pueden almacenar en un formato ligero. El aumento de la densidad de energía resulta en costos más bajos. El equipo está explorando ánodos de litio sólidos e interfaces de electrolitos sólidas para lograr la más alta densidad de energía y los costos más bajos. Una vez que GM tenga éxito en el desarrollo de su batería, planifica comercializar su diseño de batería fuera de los vehículos eléctricos.

¿Cómo pueden los fabricantes de baterías ganar en la carrera hacia la producción nacional de baterías costo eficientes y de alta densidad de energía? El análisis térmico ofrece información crucial para seleccionar materiales y diseñar baterías de manera eficaz. Garantizar la seguridad y el rendimiento de la batería en diversas condiciones por medio del análisis térmico es el primer paso para crear diseños funcionales y revolucionarios de baterías. La reología se utiliza para optimizar las formulaciones de lodos de batería, un paso fundamental para garantizar la estabilidad y la procesabilidad para la fabricación de electrodos.

Con la alta demanda de los materiales tradicionales de las baterías de iones de litio (litio, cobalto, níquel y grafito), los investigadores de baterías están explorando alternativas sostenibles. Group14 Technologies y Sila Nanotechnologies están ampliando su trabajo en materiales de ánodo a base de silicona, que ofrecen el potencial de proporcionar mejores resultados que los materiales de grafito actuales.⁶

El uso de nuevos materiales de batería genera el potencial para una producción nacional más fluida y a la vez mejora la seguridad y el rendimiento. Los investigadores utilizan técnicas de análisis térmico para estudiar diseños de baterías al utilizar materiales innovadores en condiciones de funcionamiento realistas. Por ejemplo, M. C. Schultz et al, del Laboratorio Nacional de Energía Renovable (National Renewable Energy Laboratory), utilizó sus calorímetros diferenciales de barrido (differential scanning calorimeters, DSC) y analizadores termogravimétricos (thermogravimetric analyzers, TGA) de TA Instruments para estudiar los efectos de los revestimientos en los materiales del ánodo de silicio.⁷ Los DSC y TGA se usan comúnmente en la investigación de baterías para verificar que los nuevos materiales mejoren el funcionamiento y la seguridad de las baterías.

Cuando las baterías de iones de litio llegan al final de su vida útil, ¿por qué desperdiciar sus valiosos materiales?  La escasez de material para baterías se puede combatir al reutilizar las materias primas que se encuentran en las baterías viejas. El reciclado de baterías en el país es el más eficiente, porque reduce las emisiones y los costos de transporte, al tiempo que fortalece la cadena nacional de suministro de materiales de baterías.⁸

Al igual que con cualquier sistema de reciclado, la incorporación de materiales reciclados en nuevos productos exige una caracterización exhaustiva de los materiales. ¿Qué cambios sufrieron los materiales por los procesos electroquímicos dentro de la batería? ¿Se deformaron por mal uso o daño de la batería? Las técnicas de análisis de materiales ayudan a los desarrolladores de baterías a asegurar que los materiales reciclados ofrezcan las propiedades térmicas y físicas necesarias para soportar una batería nueva en funcionamiento.

Si bien hay desafíos por superar, también hay una gran oportunidad. Los fabricantes de vehículos eléctricos tienen la oportunidad de tomar la producción de baterías en sus propias manos, de modo que puedan superar la inestabilidad de la cadena de suministro y supervisar todos los aspectos de la producción de baterías. Los fabricantes de baterías que incorporan materiales nuevos y reciclados ahora tendrán sostenibilidad y confiabilidad integradas en su producción durante las próximas décadas.

Cualquier cambio importante en la cadena de suministro exige control de calidad y pruebas estrictas. Como se menciona en los ejemplos anteriores, la práctica de pruebas en el material de la batería es un paso crucial en el desarrollo de una producción nacional sostenible de baterías. Desde la selección de materiales hasta las pruebas de seguridad, estas técnicas servirán como el pilar del diseño y la fabricación nacional de baterías. Obtenga más información sobre las pruebas de materiales de baterías aquí  y vea cómo estas técnicas apoyarán el futuro de la producción sostenible de baterías en el país.