Nuevos materiales innovadores para la batería del futuro

Mario HonrubiaengineersEnergy

En agosto de 2018, ennomotive lanzó un desafío para ayudar a Codelco Tech, la filial de la minera más importante de Chile y el primer productor de cobre del mundo. Se realizaron pruebas y ensayos con una nueva aleación formada por Cobre y Grafeno en forma de nanocompuesto. En particular, añadiendo un 1% de grafeno al cobre puro, se ha demostrado que este material mejora notablemente el límite elástico, la resistencia a la tracción y el módulo elástico en comparación con el cobre puro. El objetivo del desafío era encontrar ideas acerca de posibles aplicaciones concretas y específicas en las que usando esta nueva aleación se consiga una ventaja técnica/económica con respecto a los materiales que se usan actualmente en esa aplicación concreta. Durante 6 semanas, 65 ingenieros de 14 países diferentes se apuntaron al desafío y entregaron soluciones diversas. Tras una evaluación minuciosa, Codelco Tech escogió la solución que mejor cumplía con los criterios de evaluación y premió a los ganadores, Julio Andrés Casal Ramos, de Venezuela, Fernanda Elena Monasterio, de Argentina y Vivek Nair, de India. Nos hemos puesto en contacto con Vivek para aprender de su experiencia y de los nuevos materiales innovadores para la batería del futuro. A continuación la entrevista completa:

Vivek Nair: en el desafío, mi inspiración fue fabricar mejores baterías para un futureo mejor

future of batteries Vivek Nair

¿Puedes presentarte muy brevemente? ¿Cuál es tu experiencia laboral?

Soy el Dr. Vivek Nair, de nacionalidad india pero residente en Singapur. Poseo un doctorado conjunto en materiales de baterías por la Universidad Tecnológica de Nanyang , en Singapur, y la Universidad de Loughborough, de Reino Unido. Posteriormente, trabajé como investigador asociado en la Universidad de Lancaster, en baterías de litio-titanato y en baterías sólidas. 
Tras esta experiencia, fui CEO en Clean Carbon Technologies, una empresa de Sudáfrica que fabrica nanotubos de carbono a partir de emisiones industriales de carbono. También recibí una beca investigación por parte de la Universidad Nacional de Singapur para trabajar en baterías de grafeno. Mi foco de investigación actual tiene relación con el desarrollo de baterías de litio y azufre, ya que poseen el doble de densidad energética y de rendimiento que las baterías NMC811//Grafito.
Algunos de los reconocimientos más importantes que he recibido han sido los siguientes:
1) Forbes 30 under 30, en la categría de Energía, 2012
2) MIT TR'35, en la categoría de Materiales, 2012
3) Indians of Tomorrow, 2013 en India Today
4) NRDC, Premio del Gobierno de India a la Invención Meritoria, 2012
5) Institution of Engineers, de Singapur por "El logro más avanzado”, 2013, por mi proyecto de doctorado.
También me han otorgado numerosas patentes en almacenamiento de energía y en innovaciones "waste to resource".

¿Cuál es tu motivación para participar en este desafío de ennomotive?

Ya había trabajado con materiales de carbono, en particular nanotubos de carbono y con grafeno, por lo que el nanocompuesto de cobre-grafeno mencionado en el desafío de ennomotive me resultó muy interesante. Procedo del sector del almacenamiento de energía, por lo que enseguida pensé en utilizar el material para fabricar baterías con una alta densidad y capacidad energética. La demanda de baterías está aumentando a un ritmo sin precedentes debido a los vehículos eléctricos y las renovables.

¿Cómo se te ocurrió esta solución? ¿En qué te inspiraste?

Mi inspiración surge de la investigación que estoy realizando actualmente sobre la fabricación de baterías mejores y de siempre buscar nuevos materiales para probarlos. Las baterías son la clave para que las energías renovables y los vehículos eléctricos sean viables y sostenibles desde un punto de vista económico. Por ese motivo, considero que mis esfuerzos en este sentido podrían construir un future mejor para todos en este planeta.

¿Cuáles han sido los avances más significativos se han alcanzado en el sector de las baterías y el de la captura de carbono en los últimos años?

Ha habido avances muy importantes en los últimos cinco años tanto en el mundo de los materiales como en ingeniería celular. Muchas empresas ya son capaces de cargar una mayor cantidad de energía en sus batería gracias a la mejora del grosor del revestimiento, que también ha rebajado el precio de estas baterías hasta los ~USD120/KWh. Con diferentes materiales en el ánodo y el cátodo, los precios han bajado también, facilitando su viabilidad económica para el almacenamiento.
El ciclo de vida de las baterías también ha crecido drásticamente, de 1000 ciclos en baterías de óxido de litio-cobalto// Grafito (cátodo//ánodo) a 50.000 ciclos en baterías de óxido de litio-manganeso//litio-titanato. Este caso es especialmente interesante ya que significa que el coste de almacenamiento del kWh por ciclo podría ser de solo 3 centavos. Este descubrimiento, junto a los precios de producción solar de 2.5 centavos, podrían rebajar el coste de la electricidad a un máximo de 5.5 centavos por kWh. Esta cifra es lo suficientemente competitiva como para cambiar a la energía renovable.
En el sector de la captura de carbono también se han producido numerosas novedades pero muy pocas han demostrado ser soluciones viables y escalables económicamente. La mayorías de los productos finales son hidrocarbonos líquidos, carbonato cálcico, etc., cuyo proceso de captura de carbono necesita mucha energía y es complejo. Por este motivo, esto no es una solución viable que suponga un incentivo para que las empresas la adopten.
La mayoría de las empresas que contaminan adoptan métodos de captura de carbono por obligación de sus estatutos o normas, y considero que no es viable ni generará un gran impacto. Aunque mi empresa es Clean Carbon Technologies, he desarrollado una solución para convertir las emisiones de carbono en nanotubos de carbono, lo cual posee un mayor valor económico. Además, los mismos nanotubos de carbono se pueden usar como sistema de almacenamiento y como aditivo conductor, como anfitrión de un material activo y como receptor de corriente.

¿Es difícil innovar en este sector? ¿Por qué?

Existen numerosas innovaciones en el campo del almacenamiento de energía y los materiales. La elevada cifra de publicaciones de investigación sirve como prueba de ello. Sin embargo, el desafío está en innovar con el enfoque comercial correcto. There are plenty of innovations that happen in the energy storage and materials domain.
La mayoría de las investigaciones se llevan a cabo sin la comprensión adecuada de la industria y del proceso de adopción industrial. Sería necesario que los investigadores prestaran atención a aspectos como el coste, la compra de materias primas, problemas de escalabilidad, procesos industriales, estándares y problemas de normativas antes de planear los experimentos.

¿Cuáles crees que serán implicaciones más inmediatas de los avances en el sector de las baterías?

Se espera que con el lanzamiento de NMC811, los precios de las baterías bajen a USD100/KWh, lo que los expertos consideran la cifra que convertirá a las renovables en un fuerte competidor frente a las no renovables en la generación de energía.
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