La Universidad Católica del Norte (UCN) presentó veinte baterías de litio del tipo botón o coin cell (modelo CR-2032), un hito a nivel nacional por ser pionero y por desarrollarse en una de las mayores zonas de reserva de litio a nivel mundial. Estas baterías que son las que se usan en relojes, calculadores, lámparas y otros objetos, fueron elaboradas en el Laboratorio de Electroquímica del Departamento de Química de la casa de estudios y forma parte de la iniciativa “Lithium I+D+i: Centro de Investigación, Desarrollo e innovación en Baterías de Litio”, que impulsa la universidad con financiamiento de la empresa SQM.
El académico de la UCN e investigador líder del proyecto en la línea Área de Nuevos Materiales y Celdas de Batería, Dr. Sergio Conejeros, destacó que el objetivo es construir prototipos que alcancen un nivel de madurez tecnológica. «Son baterías pequeñas del tipo botón que nos permiten obtener los parámetros claves para después construir baterías más grandes», explicó el docente. Además, contó que la idea es probar el uso de materiales nuevos sintetizados, ver cómo se comportan, realizar publicaciones científicas y obtener patentes y/o propiedad intelectual.
El proceso de elaboración de los prototipos, construidos en las últimas dos semanas, fue posible gracias a la adquisición de equipamiento e instrumental. De igual forma, la elaboración de baterías de litio considera la investigación de otros materiales complementarios que ayuden a mejorar las capacidades de los dispositivos. El siguiente paso es la construcción de baterías más grandes y de tipo cilíndrica.
«Estamos usando un carbón pirolítico proveniente de una planta que recicla neumáticos y residuos domiciliarios en San Pedro de Atacama. La idea es obtener un carbón grafitizado y usarlo como material anódico en la batería, y hacer economía circular. En este proceso trabajamos en conjunto con la empresa SustrenLab», detalló. También contó que se utilizará carbonato de litio grado batería que será dado por SQM, para sintetizar materiales catódicos como el fosfato de hierro y litio (LFP), material catódico que actualmente se emplea en las baterías.
LA ELABORACIÓN
El Dr. Alifhers Mestra, doctor en ciencias químicas e investigador postdoctoral en baterías de ion litio del proyecto UCN-SQM, explicó los pasos a seguir para construir una batería de este tipo. Lo primero es fabricar el electrodo negativo (ánodo) y el electrodo positivo (cátodo). Luego hay que unir todas las piezas, el electrodo negativo (ánodo), el electrodo positivo (cátodo), sal disuelta (electrolito líquido) y el separador para evitar el corto circuito. Después se construye y ensambla la batería, que es sometida a estudios específicos para medir su eficiencia, tiempo de vida, duración de carga y cantidad de energía y potencia que puede aportar. «Si hacemos una batería de celda completa, es decir como las de venta comercial de fosfato, hierro y litio como material catódico; y un material anódico de grafito, se puede obtener un voltaje de hasta 3 a 4 voltios con alto ciclo de carga y descarga», explicó.
El académico del Departamento de Química de la UCN e investigador, Dr. Jonathan Cisterna, agregó que uno de los objetivos es también trabajar en la elaboración de baterías con electrolito sólido para obtener dispositivos más eficientes y seguros. Entre sus ventajas, este sistema permite reducir el riesgo de inflamación que tienen los electrolitos preparados en soluciones líquidas orgánicas. «De esta manera buscamos reducir el riesgo del usuario y también mitigar la problemática medioambiental que generan las baterías con electrolitos líquidos que son altamente volátiles. Queremos hacer un dispositivo seguro, económico y amigable con el medio ambiente», aseguró.
Con los equipos disponibles el Laboratorio de Electroquímica de la UCN, se pueden construir hasta 100 baterías por día. El recinto cuenta con instrumental adquirido con aportes de SQM para su elaboración. Entre éstos destacan un molino de bolas planetario, mezclador al vacío, cámara seca, prensas para ensamblado de baterías, máquina de recubrimiento de material (doctor blade), bipotenciostato y ciclador de baterías, entre otros.
EL IMPACTO
El rector de la UCN, Dr. Rodrigo Alda Varas, destacó que la construcción de los primeros prototipos de baterías constituye la constatación que la asociación de la UCN con el sector privado -en este caso con SQM- logra resultados. «Se está llevando a cabo un itinerario de trabajo que permite contar con la primera producción de un conjunto de baterías que van a permitir evaluar y analizar cómo nosotros somos capaces de generar más conocimiento e innovación para aportar a una huella de carbono neutral en el futuro», dijo. La autoridad añadió que este desafío también implica avanzar en aspectos como la electromovilidad, mayor sustentabilidad y una economía mucho más verde.
Esta visión es compartida por el Dr. Hernán Cáceres, decano de la Facultad de Ingeniería y Ciencias Geológicas y director de Lithium I+D+i, quien resaltó este logro de investigación de nuevos materiales y celdas de batería. «Nos sirve mucho para hacer mediciones en forma rápida. Son baterías experimentales que nos ayudan a conocer si la idea de algún investigador o investigadora de mezclar A, B o C, o usar un líquido o poner este u otro material, más allá de una predicción teórica, nos permite saber cómo funcionaría esto a una escala superior», detalló.
Agregó que el proyecto es de carácter institucional y que si bien lo ejecuta principalmente la Facultad de Ingeniería y Ciencias Geológicas involucra a otras unidades de la UCN, como las facultades de Ciencias, Economía y Ciencias Jurídicas, que aportan desde otras áreas.
El Dr. Rodrigo Sfeir, vicerrector de Investigación y Desarrollo Tecnológico de la UCN, comentó el impacto de la iniciativa: «Nuestra universidad junto a SQM está desarrollando un Centro de Baterías de Litio que en el fondo es poner en valor toda la cadena productiva desde el diseño hasta el reciclaje. Vemos que el proyecto está avanzando y, por otro lado, tenemos al Gobierno que se ha referido a una Estrategia Nacional del Litio y la implementación de un Instituto Nacional del Litio, entonces vemos que es un tema tremendamente relevante para el país».
El equipo que participa en la elaboración de las primeras baterías de litio fabricadas en la UCN lo integran los investigadores e investigadoras, Sergio Conejeros, Jonathan Cisterna, Rodrigo Castillo, Jaime Llanos, Ronald Nelson, Darío Espinoza, Claudia Núñez, Fernando Guzmán, Francisco Calderón, Julio Valenzuela y Alifhers Mestra.
