Manganeso, níquel, silicio: enfoque principal de la investigación sobre baterías

Manganeso, sin embargo, se está convirtiendo en la estrella del espectáculo, ligeramente superando el níquel. El documento técnico señala que este es el resultado de anuncios recientes de Tesla y Volkswagen en sus presentaciones relacionadas con las baterías sobre su interés en las químicas ricas en manganeso.

“En los últimos años, las baterías de iones de litio, particularmente en el espacio de los vehículos eléctricos, han sido testigos de algunos cambios radicales en la demanda química de diferentes cátodos y ánodos, impulsados ​​por las preferencias de los productores y clientes y muchos factores relacionados con el mercado”, se lee en el documento.

Utilizando un algoritmo de reconocimiento de entidades de nombre destinado a mapear los elementos químicos en las descripciones de patentes y aplicarlo a los grupos y subgrupos de Clasificación Cooperativa de Patentes (CPC) para clasificar la tecnología de baterías, los expertos de Roskill pudieron determinar que el manganeso se mencionó en más de 300 solicitudes de patente, mientras que el níquel se nombró en cerca de 300. El silicio se mencionó en aproximadamente 290, y fue seguido por el cobalto, que se mencionó en aproximadamente 250 aplicaciones.

Roskill también revisó las químicas de baterías más populares, como óxido de litio-níquel-cobalto-manganeso (NCM), óxido de litio-níquel-cobalto-aluminio (NCA), fosfato de hierro-litio (LFP), óxido de cobalto de litio (LCO), óxido de litio-manganeso (LMO) y óxido de titanato de litio (LTO) juntos, ya que los grupos / subgrupos de CPC utilizados con mayor frecuencia para su clasificación se superponen.

Encontró que, en los últimos cinco años, 2017 fue un año pico con más de 8,000 solicitudes de patentes que contienen al menos una de estas químicas. En 2018, se registraron 6.000 solicitudes, unas 5.000 en 2019 y menos de 2.000 en 2020.

En general, más de 1,3 millones de registros de patentes mencionan una relación con las baterías de iones de litio y, según Roskill, la tendencia a la baja en 2019-2020 es el resultado de la disponibilidad de datos, más que una representación real de la investigación en curso, ya que los conjuntos de datos disponibles públicamente tienden a para no actualizarse con frecuencia.

“A pesar de esto, los datos disponibles muestran claramente un enorme crecimiento en las solicitudes de patentes durante mediados y finales de la década de 2010”, afirma el informe.

El análisis también mostró que LG y Samsung ocupan posiciones de liderazgo, con el primero conectado a casi 7.000 solicitudes de patentes relacionadas con la química de iones de litio y el segundo con más de 4.000.

Ambas empresas tuvieron un pico de actividad de patentes en 2012-2014 que, dice Roskill, está en línea con la aceptación general de la producción y el establecimiento de las primeras instalaciones de producción a gran escala.

Toyota ocupó el tercer lugar en esta medida que, en opinión de Roskill, tiene sentido ya que el fabricante de automóviles japonés ha expresado interés en otras investigaciones de electrodos, particularmente en tecnologías de estado sólido.

Geografía: el potencial de Canadá

En los últimos 20 años, la mayor actividad de patentes para mejoras o nuevas químicas de baterías se registró en Japón con más de 14.000 solicitudes, Estados Unidos con más de 6.700, Corea con más de 6.500 y China con alrededor de 1.400. Sin embargo, otros países parecen estar emergiendo y podrían apuntar a un crecimiento potencial para las empresas de baterías.

“Ya hemos visto un auge de anuncios de gigafábricas en Alemania impulsados ​​por Tesla, CATL y otros, pero en la lista superior también vemos a Canadá”, se lee en el documento técnico. “Canadá tiene un gran potencial para desarrollar instalaciones de producción de baterías dada su capacidad de producción de recursos. Recientemente, el gobierno canadiense anunció planes para construir una planta de baterías para vehículos eléctricos ”.

¿Que sigue?

“El desarrollo exitoso en el espacio de iones de litio está a la vanguardia de muchas empresas, incluidas las mineras, a través de la cadena de suministro hasta las instituciones de investigación y las instalaciones gubernamentales”, se lee en el informe. “El silicio, los ánodos de metal de litio y los electrolitos de estado sólido parecen ser el siguiente paso del mercado en el desarrollo de tecnologías de baterías”.

Investigación sobre el uso de silicio en baterías de iones de litio Ha estado sucediendo durante un tiempo, con los científicos tratando de eliminar las posibilidades de daños mecánicos en las células debido a la hinchazón del silicio durante los ciclos de carga y descarga.

En 2014, las patentes para incorporar silicio en baterías alcanzaron un punto alto con 2,000 presentaciones, un número que disminuyó continuamente a partir de entonces.

“Sin embargo, la investigación en esta dirección parece producir algunos avances y en 2021 los fabricantes de equipos originales (OEM) de automóviles afirman utilizar baterías de silicio”, dice Roskill. “Entre los principales actores habituales de la industria, podemos identificar dos nuevos nombres, no mencionados anteriormente: Nexeon y Shin-Etsu Chemical. La noticia de que Nexeon adquirió importantes patentes relacionadas con el silicio salió a la luz a finales de 2019. Shin-Etsu Chemical es una importante empresa química de Japón que produce silicio en diversas formas, incluidas las aplicaciones de baterías ”.

Cuando se trata de ánodo de metal de litio solicitudes, el analista notó un aumento en las solicitudes de patentes a partir de 2010 con un pico de 1.200 presentaciones en 2017 y con la mayor parte de la actividad proveniente de los mayores productores como LG, Samsung y Bosch, pero con otras empresas con sede en EE. UU. acercándose al centro del escenario.

Entre esas empresas se encuentra Sion Power, que fue fundada en 1989 y actualmente está promocionando su propia tecnología de batería de metal de litio; Eveready, que es una empresa propiedad de Energizer Holding e históricamente se centró en las células primarias; y PolyPlus Battery, que se centra en el separador de vidrio en baterías de metal de litio y promueve su invención para todos los usos finales principales.

Finalmente, cuando se trata de baterías de estado sólido – que son considerados por algunos como el ‘santo grial’ de la industria de las baterías -, 2017 registró un pico con más de 4.000 aplicaciones, un número que se mantuvo estable al año siguiente antes de mostrar una disminución en 2019 y 2020.

“Las baterías de estado sólido tendrían una mayor densidad de energía y resolverían el mayor problema de usar electrolitos líquidos inflamables”, explica el artículo de Roskill. “Lograr una conductividad satisfactoria sin un aumento de la temperatura y la presión es el objetivo de la investigación de muchas empresas e instituciones”.

Entre los principales cesionarios de patentes relacionadas con baterías de estado sólidoToyota es líder con casi 4.500 aplicaciones entre 2000 y 2020.

“La compañía anunció su compromiso con la electrificación más tarde que otras, aunque fue la primera entre los principales productores de automóviles que pensó en la comercialización de tecnología de estado sólido. Necesitaremos una mirada más cercana cuando suceda, pero desde la perspectiva actual, Toyota parece tener una ventaja competitiva en el campo de las baterías de estado sólido ”, afirma la revisión.

Detrás del gigante japonés están Panasonic, Samsung y Hyundai con alrededor de 1.000 patentes cada uno.