Facultad de Ciencias Exactas, Físico-Químicas y Naturales Facultad de Ciencias Exactas, Físico-Químicas y Naturales-Universidad Nacional de Río Cuarto
Las baterías avanzadas son aquellas especialmente diseñadas para tener un elevado desempeño y durabilidad. Científicos de Exactas trabajan para crear un prototipo que pueda aplicarse en la fabricación de nuevas baterías para el sector automotriz y para aplicaciones emergentes.
Con sus diversas aplicaciones, las baterías convencionales de plomo-ácido (las que utilizan los autos) conforman el 60% del mercado mundial de baterías. En Argentina son producidas integralmente por las firmas Ithurbide S.A. radicada en Río Primero Córdoba y Pla-ka S.A. en su planta en Recreo, Catamarca. Las baterías avanzadas son aquellas especialmente diseñadas para tener un elevado desempeño y durabilidad.
El Dr. Fernando Fungo, docente del Departamento de Química de nuestra Facultad y director del proyecto de investigación, explicó que dentro de esta clasificación, las baterías que incorporan en sus electrodos elevadas proporciones de nano-estructuras de carbón, además del material activo tradicional (PbO), son un tipo de dispositivos de almacenamiento de energía que vincula a las baterías con los capacitores electroquímicos de doble capa. Estas baterías, denominadas aquí como Pb/C-ácido, se vienen desarrollando en el mundo desde el año 2007 y han demostrado excelentes prestaciones frente a ciclos continuos de carga y descarga.
Contó que estas baterías pueden operar a niveles de carga parcial (PSoC) manteniendo una vida útil que triplica la de las baterías convencionales de Pb-ácido, “son un excelente reemplazo de las baterías tradicionales en el mercado automotriz”, destacó.
Además, señaló que “los sistemas de arranque-parada (o start-stop) introducido por la mayoría de las automotrices en el mundo, diseñados para aumentar la eficiencia de consumo de combustible y bajar los niveles de contaminación producido por la combustión de los motores en automóviles, requieren de baterías con elevada capacidad, potencia, bajo costo operativo, y suficiente vida útil”.
Con esa premisa, el grupo de investigación del Departamento de Química de nuestra Facultad, coordinado por los doctores Gabriel Planes y Fernando Fungo, propone escalar y ensayar a nivel de batería prototipo, un sistema de electrodos que viene siendo desarrollado en forma conjunta por la UNRC y una empresa regional de fabricación de baterías (Ithurbide / Pla-Ka S.A.), con quien se ha encuentra vigente un Convenio Marco de Cooperación.
El químico de Exactas precisó que en ese sistema se emplean electrodos producidos comercialmente por la empresa, los cuales han sido modificados con una metodología que incorpora materiales carbonosos y poliméricos de bajo costo que están siendo estudiados y producidos actualmente en la UNRC.
Por otra parte, destacó que las empresas involucradas poseen una sólida trayectoria en la industria de las baterías, a tal punto que han desarrollado sus propios precursores, celdas, electrodos de Pb y procesos. Sus productos principales se destinan al mercado de motorización y al de almacenamiento de energías alternativas. Sus procesos productivos están totalmente integrados verticalmente: “El plomo, la materia prima fundamental del proceso, se obtiene del reciclado de baterías usadas, las cuales provienen de los centros de distribución”, precisó.
Fernando Fungo indicó que a través del proyecto de investigación (PICT-T-UNRC), denominado: «Desarrollo de un Prototipo de Batería Avanzada de Pb-Ácido Para Aplicaciones Emergentes» se propone unir los esfuerzos de empresas regionales, Ithurbide / Pla-Ka S.A, y los realizados en la propia UNRC, para escalar los resultados y construir dos prototipos de batería avanzadas de Pb/ácido para su evaluación en laboratorio y en fabrica.
Superando al litio
Los problemas ambientales generados por la escalada del consumo de hidrocarburos y sus derivados a nivel global, sumado a las perspectivas de escasez de estos recursos a mediano plazo, han impulsado en los últimos diez años lo que se denomina la transición verde. Esta transición consiste en una serie de iniciativas para reemplazar a los derivados del petróleo como fuente de energía de los medios de transporte y del aparato productivo en general.
Según Fernando Fungo, “esto conlleva inexorablemente un cambio radical en la matriz productiva de energía. Más específicamente, implica reemplazar los combustibles fósiles por alternativas sostenibles como la energía eólica, la energía solar, la energía hidroeléctrica y los biocombustibles. Para que esta transición pueda llevarse a cabo de manera efectiva, será necesario también abastecer al mundo de sistemas de acumulación de energía (principalmente baterías) que permitan retener y entregar energía de acuerdo con las demandas que imponen las nuevas tecnologías desarrolladas, ya que en general, las energías renovables son de producción intermitente”. Es conocido que Argentina posee una de las mayores reservas de litio del mundo en salares de altura, pero no tiene una infraestructura consolidada para la fabricación de baterías de ion litio, la cual es la tecnología líder en el mercado actual en el área de almacenamiento de energía.
Baterías de próxima generación
Simultáneamente, “los principales actores comerciales a nivel mundial se encuentran en este momento investigando y desarrollando baterías de próxima generación que desde el punto de vista teórico superan en diversos aspectos a las baterías de litio ion actuales”, describió Fungo. Por lo tanto, sostuvo que “en este contexto mundial donde se busca frenéticamente desarrollar nuevas tecnologías de acumulación de energía o mejorar las capacidades de tecnologías maduras, es un riesgo enfocar todos los esfuerzos en desarrollar una industria de baterías de ion litio, treinta años después del comienzo de su comercialización internacional”.
En este marco, “resulta imperioso y urgente que Argentina dé inicio a un sendero de desarrollo integral y sostenido en materia energética abarcando diferentes enfoques y diversificando las potenciales aplicaciones finales de las tecnologías a explorar”, afirmó el químico de Exactas. Aseguró que esta estrategia permitirá reducir significativamente el retraso tecnológico de la Argentina al momento en el cual algunas de estas nuevas tecnologías alcancen la madurez comercial, y por lo tanto aumentará significativamente nuestras posibilidades de generar productos nacionales competitivos.
Con esta premisa, el grupo de investigación del Dr. Fernando Fungo impulsó creó en conjunto con otros investigadores del país una red federal cuyo objetivo central es generar una sinergia direccionada y constructiva entre cuatro centros de investigación con tradiciones, orientaciones, especialidades y capacidades distintas para impulsar el desarrollo de nuevas tecnologías de almacenamiento de energía.
La red busca vincular tres centros de investigación especializados en electroquímica y en el desarrollo de materiales: INQUIMAE (CABA), IITEMA (Rio Cuarto, Córdoba) y CIDMEJu (Palpalá, Jujuy), orientándose hacia la exploración de nuevas tecnologías de frontera focalizándose en el desarrollo, síntesis y caracterización de materiales y catalizadores para dispositivos de almacenamiento de energía y articular de manera continua tanto entre sus investigadores, como así también con los investigadores/as pertenecientes a la rama Transición Energética del grupo CYKLOS (FACET, UNT, Tucumán), readecuando los procesos, materiales y métodos de fabricación para que toda la cadena de suministro sea sustentable y genere el mínimo impacto ambiental, otorgando valor agregado a los productos que se diseñen.