¿Qué es el litio y para qué sirve?
El litio (Li) es un elemento sólido alcalino y como tal es el más ligero de los elementos sólidos. Se encuentra presente en una amplia gama de minerales, aunque sólo algunas poseen valor económico. Se presenta en forma de dos Isótopos: Li6 (7,50%) y Li7 (92,50%). Funde a 186 ºC, hierve a 1.336 ºC. Fácilmente laminable y extrusible. Muy difundido en la corteza terrestre y corresponde al 0.004% de ésta, formando compuestos como: silicatos (espodumeno, petalita), fluosilicatos (lepidorita o mica de litina), fluofostafos (ambligonita) y fosfatos. El más importante en minerales es el espodumeno (que es un silicato doble de litio y aluminio, Li2O-Al2O3-SiO2), con yacimientos principales en Canadá y Estados Unidos. Por flotación se obtienen concentrados con 4 a 6% de Li2O. Como salmueras se tiene las mayores reservas en Sudamérica: Salares de Argentina, Bolivia y Chile (Yaksic, 2008: SQM, 2009b).
El litio se utiliza como materia prima en diversas industrias. Según la Sociedad Química Minera, SQM (2009b), las baterías representan la principal aplicación con el 27% de la demanda total; grasas lubricantes representan el 12%; vidrios y cerámicas constituyen el 8%; aire acondicionado el 5%; entre los más relevantes.
El Litio 6 es la que activa y controla la fusión termonuclear y el Litio 7 se utiliza en las baterías eléctricas que permite recargarse mediante una central de fuente solar. Su utilización en la industria automotriz presupone un cambio sustantivo porque permite modificar la fuente energética para el desplazamiento vehicular; del combustible líquido o gaseoso altamente contaminante a la nueva era: la del vehículo eléctrico. La batería de iones de Li, es un dispositivo diseñado para almacenamiento de energía eléctrica que emplea como electrolito una sal de litio que suministra los iones requeridos para la reacción electroquímica reversible que tiene lugar entre el cátodo y el ánodo. Entre sus principales características están 1) lo "liviano" de sus componentes, 2) su elevada capacidad energética y resistencia a la descarga y principalmente 3) su capacidad para operar con un número de ciclos de regeneración (ausencia del efecto "memoria"). Las baterías de ión-litio se utilizan intensivamente en varios dispositivos, como cámaras fotográficas, computadores portátiles, teléfonos celulares, agendas electrónicas, entre otros.
En el pasado reciente, las baterías de litio ofrecían un buen rendimiento energético pero tenían el problema de un bajo nivel de potencia, asociado tradicionalmente a la lentitud con la que circulan los iones de litio. He aquí que el aporte de la NT en la aplicación industrial actual del litio es fundamental, a partir de los estudios realizados sobre las baterías de ión-litio con ánodo nanoestructurado y basado en nanopartículas de titanato de litio, que ofrecen mejores prestaciones en su funcionamiento respecto a las baterías de ión-litio con ánodo de grafito, las que comenzaron a distribuirse comercialmente desde el año 2000. En concreto, las primeras pueden permitir trabajar en condiciones de alta potencia, son de mayor duración, sus tiempos de recarga son sustancialmente más cortos y son más seguras al contar con una gran estabilidad térmica (IDEPA, 2007: 64).
Las nanotecnologías entran en escena
Cuando trabajada a escala nanométrica, que en términos prácticos se considera por debajo de los 100 nanómetros, la materia manifiesta propiedades físicas y químicas diferentes a las que manifiestan los mismos materiales en tamaño mayor. Las propiedades físicas, químicas y biológicas se ven alteradas. Esto permite utilizar los materiales conocidos con nuevos efectos y en situaciones antes imposible. Además, cuanta más pequeña la partícula de materia, su superficie relativa en relación a la masa es mayor, lo cual implica una mayor reactividad que facilita desempeños fisicoquímicos. Hoy en día las NT se aplican en todos los sectores productivos, y su incentivo público ha tenido un crecimiento exponencial desde el año 2000 en que los Estados Unidos de Norteamérica lanzan su programa público de incentivo (National Nanotechnology Initiative).
Desde los años noventa el litio se ha considerado el material más eficiente para la elaboración de diferentes tipos de baterías. Las primeras baterías de litio fueron introducidas por Sony en 1991. Pero la búsqueda por disminuir los dispositivos aumentando su capacidad es una carrera sin límite. El reto tecnológico actual es un dispositivo que esté siempre conectado a la Internet y que combine el teléfono celular, la computadora, el centro de entretenimiento, la cámara de fotos, el grabador, el laboratorio personal y muchas otras cosas. Esto debe lograrse en un dispositivo pequeño, liviano y con gran densidad de energía acumulada y rápida recarga.
Uno de los problemas técnicos de las actuales baterías es el corto tiempo de autonomía, y el hecho que a medida que envejece la batería su autonomía disminuye. Pero también está el potencial inflamable del litio. Las baterías funcionan transfiriendo iones de litio entre los dos electrodos de la batería (positivo y negativo) a través de un electrolito líquido. Cuanto más eficientemente los iones pasan de un electrodo a otro, mayor será la capacidad de la batería. Aplicando principios de NT a la cobertura de los electrodos los hace más homogéneos y consistentes, con lo cual los iones de litio penetran los polos más fácil y rápidamente.
Actualmente la mayoría de las baterías utilizan polos negativos (ánodos) de grafito y positivos (cátodos) de diferentes materiales, como manganeso, cobalto, fosfato de hierro, óxido de cobalto y el fosfato de hierro de litio. Los experimentos con ánodos de silicio mejoran en hasta 10 veces la eficiencia del grafito, pero no son baterías estables. Compuestos nanotecnológicos de grafito y silicio están siendo utilizados para cubrir el ánodo y hacer las baterías más estables (Georgia Institute of Technology, 2010); también se investiga con zinc metálico (Berger, 2008) y otros.
Otra alternativa en investigación es el Litio-oxígeno (lithium-air) en lugar de iones de litio. La ventaja es que estas baterías sustituyen los compuestos sólidos por aire, con lo cual la batería puede ser mucho más liviana. IBM, General Motors y otras corporaciones están investigando la posibilidad de utilizar litio-aire. Pero en este caso se utiliza litio metálico, que es altamente reactivo al menor contacto con agua.
La gran revolución en el uso de litio para baterías está en la posibilidad de incorporarla a autos totalmente eléctricos, con baterías recargables. Aunque éstos ya existen en forma experimental y comercial en pequeña escala, como el BYD chino, no está claro que las baterías de litio para automóviles eléctricos sea una alternativa de menor costo que los convencionales carros basados en combustibles fósiles. De cualquier forma varias compañías de diferentes partes del mundo tienen planeado introducir, aún en 2010, carros híbridos o totalmente eléctricos. Entre 2009 y 2010 más de 30 empresas y corporaciones del mundo comenzaron a vender baterías para dispositivos de comunicación y también para automóviles con aplicaciones nanotecnológicas, lo cual da una idea de que su crecimiento está apenas comenzando. Además, las baterías de litio ya están insertadas en las agendas por el desarrollo de tecnologías limpias, que es la consigna mundial de la política industrial.
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