2021 UNA INDUSTRIA NACIONAL PARA 1 DE JULIO BATERÍAS DE ...
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Arnaldo Visintin
1 DE JULIO 2021
ESTRATEGIAS para DESARROLLAR UNA INDUSTRIA NACIONAL PARABATERÍAS DE LITIO Y SU COMPLEMENTACIÓN CON EL HIDRÓGENO
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POSIBILIDADES QUE TIENEN EL HIDROGENO Y EL LITIO DE OFRECER A NUESTROS PAÍSES CRECIMIENTO
¿Es posible que el hidrógeno y el litio sean una fuente impulsora para mejorar la sociedad y economía de nuestros países?
¿Cuáles son las capacidades y dificultades dellegar a producir nuestra propia tecnología?
¿Nuestro atraso respecto a los países desarrollados es una limitación grande para tener nuestro mercado?
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¿POR QUÉ NOS IMPORTAEL HIDRÓGENO?
La posibilidad desde el cambio climático
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• Fácilmente transportable por cañerías y uso directo en quemadores o motores produciendo calor por combustión limpia, o conversión directa de su energía química en electricidad en celdas de combustible
• El hidrógeno no se encuentra libre en la naturaleza. Se debe gastar energía para producirlo.
• No es una fuente energética, sino un intermediario entre la fuente primaria y el dispositivo de conversión de energía donde se lo utilice, i.e., es un almacenador y transportador de energía.
• Intermediación del hidrógeno: se requiere su producción a bajo costo.
Hidrógeno Como Combustible Sintético Ideal
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Hidrógeno, combustible del futuro: ¿Por qué, Cómo y Dónde?
Por qué: se considera al hidrógeno el combustible del futuro.
Cómo: es que se llega a él, y principalmente se dará énfasis a los posibles métodos actuales que indican.
Dónde: se lo puede acondicionar ya sea para su almacenamiento o transporte en forma segura, práctica y eficiente.
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Respondiendo al por qué
El hidrógeno no es una fuente de energía primaria, sino sólo un portador de energía, tal como lo es la nafta o cualquiera de los combustibles a los que estamos acostumbrados, por ejemplo, nafta, kerosén, carbón, leña.
combustible limpio, no contaminante, no deja subproductos
combustible renovable y abundante: puede ser obtenido por electrólisis del agua
máxima relación energía/peso
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Respondiendo al cómo
Nos preguntamos ahora acerca de cómo es y será la producción el hidrógeno. A partir del agua, con lo cual al ser usado como combustible, se recorre un ciclo cerrado que comienza y termina con el agua. Es previsible que en algún momento, teniendo en cuenta los actuales esfuerzos puestos en el desarrollo de los electrolizadores y la futura declinación del petróleo (aumento del precio), ha de tener lugar a la producción masiva de hidrógeno por métodos electrolíticos.
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Metodos De Producción
ReformadoCH4, CH3OH, Etc.
Electrólisis De Agua MetodosFotobiologicos
MétodosFotoquimicos
Termólisis De Agua
Hidrógeno
Almacenamiento Y Transporte
Aplicaciones Celdas De Combustible
CO2 CO2
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Reformado de Hidrocarburos con Vapor de Agua
CH4* Gas Natural* Abundante* Barato
CH4 + H2O ↔ CO + 3 H2
CO + H2O ↔ CO2 + H2
T ≅ 1000 KNo(H2O)/No(CH4) = 3
65.7 % H216.1 % CO217.6 % H2o0.4 % CO
CH3OH* Gas Natural* Abundante* Barato
CH3OH ↔ CO + 2 H2
CO + H2o ↔ CO2 + H2
T ≅ 300 KNo(H2O)/No(CH3OH) = 1,6
64.4 % H221.1 % CO213.8 % H2O0.8 % CO
Otros
* Etanol* Naftas* Etc.
Mejorar Rendimiento Y Estabilidad De Los Catalizadores
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Métodos de Producción a Partir de Fuentes Renovables de Energía
Eólica
Hidraulica
Fotovoltaica FotoelectroCatalítica
Electricidad
Hidrógeno
CO2
Radiación Solar
Térmica
Biológica
Electrólisis
Vapor
Termólisis
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Respondiendo al DÓNDE
Es razonable entonces pensar DÓNDE lo tendremos almacenado y qué tipos de contenedores serán apropiados para su transporte y para llevar como tanques de combustible en los vehículos.
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Respondiendo al DÓNDE
La densidad del hidrógeno (CNPT = 1 bar y 0 ºC) es δCNPT(H2) = 0.0898 g/l, lo cual significa que 1 Kg de hidrógeno en las condiciones ambientales normales ocupa 11,135 m3. Resulta entonces que el hidrógeno, con relación al volumen, almacena la menor cantidad de energía comparado con los demás portadores de energía, como por ejemplo, el gas natural o la nafta . El metano, una densidad de δCNPT(CH4) = 0,7167 g/l, por lo cual el volumen ocupado por 1 Kg se reduce a 1,40m3.
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Celdas de Combustible
Principios de su Funcionamiento Aplicaciones
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GENERACIÓN ELÉCTRICA A PARTIR DE COMBUSTIBLES FOSILES
ENERGÍATÉRMICA
ENERGÍAQUÍMICA
ENERGÍAELÉCTRICA
ENERGÍAMECÁNICA
PROCESO DECOMBUSTIÓN
GENERADORELÉCTRICO
CELDA DE COMBUSTIBLE
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LA COGENERACIÓN ELÉCTRICA Y TÉRMICA
Utilización directa de hidrógeno
El esquema se simplifica notablemente, en comparacióncon el gráfico anterior
H2
Celda de combustible
Agua de proceso
Excedente degas anódico (H2)
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Electrodos de platino
Electrolito deácido diluido
O 2 H 2O 2 H 2
Electrólisis del agua. El agua es separada en hidrógeno y oxígeno por el pasaje de una corriente eléctrica
Una pequeña corriente fluye. El oxígeno y el hidrógeno se recombinan.
Celdas de Combustible
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2H 2 4H + + 4e -
O 2 + 4e - + 4H + 2H 2 O
Oxígeno, usualmente del aire.
Hidrógeno combustible
Cátodo O 2 + 4e - + 4H + → 2H 2 O
Ánodo 2H 2 → 4H + + 4e -
H +
CARGA
Los electrones fluyen por el circuito externo.
Reacciones de electrodo y flujo de carga para una celda de combustible con electrolito ácido
Celdas de Combustible
Fuel Cell Systems, 2nd edition, J. Larminie y A. Dicks, John Wiley & Sons Ltd., West Sussex (2004).
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Celdas de Combustible
Estudio comparativo de diferentes ensambles en los que se utilizaron tres membranas de distinto espesor
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INVESTIGACION Y DESARROLLO EN CELDAS DE COMBUSTIBLE
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Reformador de gas natural
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Celda de combustible PEM para edificios desarrollada por:
Reliant Energy y Texas A&M University.
INVESTIGACION Y DESARROLLO EN CELDAS DE COMBUSTIBLE
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El litio la otra «oportunidad» para Argentina
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¿POR QUÉ NOS IMPORTAEL HIDRÓGENO Y EL LITIO ?
triángulodel litio
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Y EL RESTO DE LOS MATERIALES PARA LA BATERÍA DE ION-LI??
Co, 3raen el mundo
Fe, 2da en el mundo
CHILECU, 1ra enel mundo
S, 12do productor del mundo
Mn, 3raen el mundo
Grafito 3raen el mundo
Ni, 2daen el mundo
BRASILAl, 4taen el mundo
P, 5taen el mundo
Ti, 1eraen el mundo
PARAGUAY
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Y EL RESTO DE LOS MATERIALESPARA LA BATERÍA DE
ION-LI??
Co, 3raen el mundo
Fe, 2daen el mundo
Grafito 3raen el mundo
CHILECU, 1ra en el mundo
S, 12do productor del mundo
Ti, 1eraen el mundo
Ni, 2daen el mundo
BRASILAl, 4taen el mundo
P, 5taen el mundo
Mn, 3raen el mundo
4PO FELI
MATERIAL DE CÁTODO P,AL
LIFE
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PROYECCIÓN DE LA PRODUCCIÓN DE CARBONATO DE LITIO EN MILES DE TONELADAS EN ARGENTINA1.000.000 DE TN EN LA REGIÓN
Fuente: Delbuono et al. (2017) en base en información de las propias compañías.
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CRECIMIENTO DEL MERCADO DEL LITIO
LITHIUM GROWTH 2009 TO 2015
(*Roskill information services Ltd., May, 2010)
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Laboratorios de investigación en Argentina que desarrollan trabajo de investigación.
Desarrollo de materiales activos para baterías en el mundo y cuales son las más prometedoras.
Nuevas tecnologías para dar valor agregado al litio: litio metálico, separación isotópica y almacenamiento de hidró- geno en complejos de litio.
RESUMEN
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POTENCIAL UTILIDAD DE LA TECNOLOGÍAS DE LITIO EN ARGENTINA
por arriba del 90 % de pureza cuesta 5000-6000 dolares la Tn. y 10000 dólaresPOR LOS PRÓXIMOS 20 AÑOS
Producción de Litio metálico por electrólisis a partirde sales fundidas.
de ion litio.
Purificación del
Carbonato de Litio
Producción de Litio metálico
Producciónde baterías
Li6/Li 7 Separación isotópica
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Batería de ion litio
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Esquema de una batería de litio « rocking chair»
Catodo FeLi PO4
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Las baterías de Litio – ión fueron comercializadas por primera vez por Sony en 1991 lleva el nombre porque el intercambio del Li+ entre el ánodo de grafito ( Lix C6) y las capas del cátodo de óxido ( Li
1-xTO
2). La energía que almacena es 120-180
WhKg-1 y 3,8 V cinco veces mas que las baterías de Pd ácido.
Building better Batteries, M. Armand, J.M. Tarascon, Nature 451, 2008
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![Page 41: 2021 UNA INDUSTRIA NACIONAL PARA 1 DE JULIO BATERÍAS DE ...](https://reader035.fdocuments.ec/reader035/viewer/2022071214/62cba736185623520c484255/html5/thumbnails/41.jpg)
MATERIALES ACTIVOS CON DIFUSIÓN RÁPIDA DE IONES DE LITIO
MEJORES ELECTROLITOS PARA EL TRANSPORTE DE ION LITIO
MEJORES MATERIALES PARA DEPOSICIÓN DE LITIO METÁLICO
MICROESTRUCTURA DE ELECTRODO:Más poros y microporos Colectores de corrientes 3D Estructura de panal/revestimiento
DISEÑO DE LA CELDA:Con gradiente de temperatura
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MANEJO DE BATERÍASCargas inteligentes Pulsos de cargas
INFRAESTRUCTURASupercargadores Carga inalámbrica
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MATERIALES PRESENTES Y FUTUROS PARA BATERÍAS DE ION LITIO
ESTAMOS AQUÍ
QUEREMOS ESTAR AQUÍ
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Temas de trabajo:Baterías de ion litio y azufre litio
INIFTAUniversidad Nacional de La Plata
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CITCAUniversidad de Catamarca
Dr. Gabriel Correa Dra. Rita Humana
CATAMARCA
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LABORATORIO DE ENERGÍAS SUSTENTABLES BATERÍAS DE
LI-S
SEPARADOR
MODIFICACIÓN DEL CELGARD CON DIFERENTES MATERIALES
VENTAJA: procedimiento sencillo, evita el transporte de polisulfuros y la pérdida de material activo.
CORDOBA
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BUENOS AIRES
LAB. YTEC( CONICET-YPF)
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CIDMEJUCentro de Investigacionesen Materiales y Energía de Jujuy
JUJUY
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Centro Atómico Bariloche
INVAP
Planta de Soda Solvay ( San Antonio Oeste)
JUJUY
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BATERÍAS DE ION LITIO: MATERIALES ACTIVOS UTILIZADOS EN LA ACTUALIDAD
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ventana
ánodo
catodo
electrolito
incidentetrasmitida
celda
In-operando XAS
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LiNi0.5Mn1.5O4 + Ti
IN-OPERANDO XAS: K-EDGE NI
Correlación entre XAS y resultados electroquímicos
Ti se encuentra en diferente posición
K-edge Ti: LiMn2O4 LiNi0.5Mn1.5O4
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![Page 54: 2021 UNA INDUSTRIA NACIONAL PARA 1 DE JULIO BATERÍAS DE ...](https://reader035.fdocuments.ec/reader035/viewer/2022071214/62cba736185623520c484255/html5/thumbnails/54.jpg)
CREACIÓN DE NEGOCIOS CON ALTA TECNOLOGÍA YTEC (CONICET-YPF)
DESDE EL SALAR
A LA BATERÍA
Confidential – Property of Lithops S.r.l.
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Mientras que las baterías de ion-Litio tienen una densidad de energía de 100-200 Wh/kg, la nafta tiene una densidad práctica de 1700 Wh/kg.
Un kg de litio produce 11680 Wh/kg, casi como la nafta teórica.
Es necesario encontrar nuevas químicas para que ocurra.
FUTURO DE LAS BATERÍAS E HIDRÓGENO
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Precio del hidrógeno por electrolisis : 4.9 - 5.6 kW-h por cada m3 de hidrógeno producido o 5 dólares el Kg ( se necesita 1 Kg para un autonomía d e 100 Km del móvil)$ 2.0- $ 2.5/kg para 2030 para hacer el hidrógeno una alternativa viable a los com-bustibles convencionales.
El costo de la energía renovable que representa hasta el 60% de los costos del hidrógeno verde, una disminución de $ 10/MWh en el precio de la energía reduciría el costo del hidrógeno en $ 0.4- $ 0.5/kg.Una caída de $ 250/kW en el costo de capital del electrolizador reduciría el costo del hidrógeno en otros $ 0.3- $ 0.4/kg.Finalmente, un aumento en los factores de capacidad del 40% al 50% reduciría el costo del hidrógeno en otros $ 0.2- $ 0.3 / kg.
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• BAERIAS DE LITIO AZUFRE
• Capacidad teórica de 2600 Wh/kg– Ideal para automóvil, drone
• Propiedades del azufre:– 1675 mAh/g
– Biocompatible; 0.1% de la corteza terrestre
– Subproducto de la industria petrolera
– 125 USD/ton(S) – 16500 USD/ton(Li)
– 1.7% del precio del Li anódico
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Futuro de dichas baterías
Baterías de litio-aire
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LO URGENTE
Necesidad que el país defina una estrategia detrabajo donde el litio sea una FUNCIÓN DE ESTADO
Estudios económicos serios donde las tecnologías de litio encuentre nichos de colocación y sean más que un mineral de exportación
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El litio en la Argentina: visiones y aportesmultidisciplinarios desde la UNLP
Francisco Javier Díaz (Coordinador)Comité editorial:Arnaldo Visintin, Ricardo Etcheverry,Nicolás Rendtorff
ISBN 978-987-8348-83-4
https://unlp.edu.ar/vinculacion_tecno- logica/el-litio-en-la-agentina-visiones- y-aportes-multidisciplinarios-desde- la-unlp-19728
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Gracias