A medida que la demanda de almacenamiento de energía sigue aumentando, las limitaciones de las baterías de iones de litio (LIB) convencionales se han hecho evidentes. Se prevé que la industria de las LIB crezca hasta un 30% anual entre 2022 y 20301, pero los materiales de cátodo actuales impiden que este crecimiento sea sostenible. El cobalto, un componente clave en los cátodos de las LIB actuales, es costoso, depende de recursos finitos y está asociado a preocupaciones medioambientales y éticas debido a sus métodos de extracción2. Estos problemas han impulsado a los investigadores a explorar alternativas a los cátodos de cobalto tradicionales.
Los cátodos basados en manganeso son una solución prometedora. Abundantes, rentables y con un impacto ambiental menor en su extracción que el cobalto, ofrecen el potencial de una alta densidad energética y una mayor seguridad en las baterías de iones de litio. Sin embargo, la integración del manganeso en la tecnología de baterías no está exenta de obstáculos. La baja eficiencia culómbica, la pérdida de capacidad y la estabilidad han hecho que el desarrollo de cátodos de manganeso sea complejo.3–5
Con CAS, los investigadores pueden aprovechar extensas bases de datos de propiedades químicas y materiales, acceder a la literatura científica más reciente, asegurar la protección de la propiedad intelectual de sus innovaciones y desarrollar soluciones digitales personalizadas. Nuestras herramientas están diseñadas para potenciar la investigación diaria, despertar la inspiración e impulsar una I+D innovadora, allanando el camino para una nueva generación de soluciones de almacenamiento de energía eficientes y sostenibles.
Optimice su revisión bibliográfica sobre baterías de manganeso
Los investigadores del sector del almacenamiento de energía exploran constantemente nuevos métodos y diseñan materiales de cátodo basados en manganeso innovadores, por lo que es esencial mantenerse al día de los últimos avances para conservar una ventaja competitiva. En los últimos cinco años, los datos de la CAS Content CollectionTM muestran un aumento en el número de patentes relacionadas con las tecnologías de cátodos de manganeso, lo que obliga a los equipos de investigación a mantenerse al tanto de una cantidad de información en constante crecimiento.
Gráfico lineal que muestra el aumento en el número de patentes de 2019 a 2023, con un descenso en 2020 seguido de un crecimiento constante hasta 2023.
En CAS, nuestros expertos del sector seleccionan y conectan el conocimiento científico global para ofrecerle la información que impulsa la innovación. Acelere su revisión bibliográfica con un acceso optimizado a la información más reciente sobre cátodos de manganeso procedente de revistas, patentes y bases de datos de todo el mundo, actualizada diariamente para mantenerle a la vanguardia de la ciencia de las baterías.
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Exploración de materiales para cátodos de manganeso
Seleccionar el material de cátodo de manganeso adecuado es una tarea compleja para los investigadores, que exige el equilibrio perfecto entre densidad energética, coste, seguridad y estabilidad. Dado que los distintos materiales ofrecen ventajas e inconvenientes diferentes, elegir el equilibrio ideal para su aplicación de batería es algo muy matizado. Dos de los principales actores, las baterías de óxido de litio y manganeso y las baterías de níquel, manganeso y cobalto, se utilizan ampliamente pero están plagadas de inconvenientes. Esto crea una oportunidad para que nuevos materiales que puedan equilibrar mejor la eficacia con las tecnologías de sostenibilidad irrumpan en el mercado.
| Material de cátodo de manganeso | Descripción |
|---|---|
| Óxido de litio y manganeso (LiMn2O4) | Las baterías de óxido de litio y manganeso se benefician de un alto voltaje y una buena estabilidad térmica, pero sufren una pérdida de capacidad debido a la disolución del manganeso durante los ciclos. Se utilizan ampliamente, especialmente en aplicaciones donde la seguridad es una prioridad sobre la densidad energética.6 |
| Óxido de litio, níquel, manganeso y cobalto (NMC) | Las baterías de níquel, manganeso y cobalto incorporan manganeso para equilibrar el rendimiento y el coste. Estos materiales son conocidos por su alta densidad energética y se utilizan habitualmente en vehículos eléctricos. La proporción de níquel, manganeso y cobalto puede ajustarse para optimizar las propiedades, pero siguen dependiendo del uso de cobalto.7,8 |
| Óxidos a base de manganeso ricos en litio (LRMO) | Basados en baterías de óxido de manganeso y litio con un exceso de litio en su estructura, lo que permite un mayor voltaje y capacidades específicas. Se enfrentan a desafíos como la rápida degradación del voltaje/capacidad, un rendimiento deficiente a altas tasas de descarga y una baja eficiencia culómbica inicial.4 |
| Fosfato de hierro y manganeso (LiMn0.5Fe0.5PO4) | Un material con estructura de olivino que combina manganeso y hierro para ofrecer un equilibrio entre coste, seguridad y rendimiento. Proporciona una mejor estabilidad térmica que los óxidos de manganeso puros.9 |
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Proteja sus innovaciones en cátodos de manganeso
Con una previsión de crecimiento del mercado de baterías de iones de litio hasta los 446.850 millones de dólares para 203210, los nuevos materiales y tecnologías de cátodos a base de manganeso representan una gran oportunidad. Es fundamental que las empresas protejan su propiedad intelectual (PI) en baterías para aprovechar al máximo este enorme crecimiento y asegurar todo el potencial de sus innovaciones.
Con la STN IP Protection Suite™, usted tiene acceso a recursos vitales que le ayudarán a navegar por el complejo panorama de la propiedad intelectual de los cátodos de manganeso. Gracias a datos exhaustivos sobre patentes e innovación, junto con alertas personalizadas, podrá mantenerse informado sobre las últimas solicitudes y desarrollos en el campo. Al asociarse con CAS, garantiza la protección de sus innovaciones en tecnología de baterías de manganeso, lo que le permitirá liderar con confianza en este mercado en constante evolución.
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Desarrollo de soluciones innovadoras de IA y transformación digital
A medida que la IA y la transformación digital siguen revolucionando la investigación y el desarrollo en todos los sectores, los investigadores pueden aprovechar el potencial de estas tecnologías para acelerar las innovaciones en baterías de manganeso. Recientemente, General Motors (GM) invirtió en una asociación con Mitra Chem, una empresa innovadora en materiales para baterías basada en IA con sede en Silicon Valley. El objetivo de ambas empresas es desarrollar materiales activos para cátodos a base de hierro mediante simulaciones y modelos de aprendizaje automático basados en la física, reduciendo el tiempo de comercialización de nuevos materiales para baterías.11
Los expertos del equipo de CAS Custom ServicesSM pueden aplicar su amplia experiencia en gestión del conocimiento para ayudarle a desarrollar tecnologías de transformación digital adaptadas a sus necesidades específicas. Desde la integración de sus propios datos con la CAS Content Collection y conjuntos de datos externos de terceros hasta el desarrollo de todo tipo de soluciones digitales, incluida la IA y el aprendizaje automático, CAS es su socio.
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Diseñando un futuro sostenible para el almacenamiento de energía
Los investigadores en el ámbito de la química de baterías están a la vanguardia de la creación de soluciones sostenibles que aseguren nuestro futuro colectivo. Aunque los cátodos de manganeso aún no han logrado el equilibrio perfecto entre eficacia y sostenibilidad, esto también representa una oportunidad para que nuevas ideas y tecnologías innovadoras entren en este mercado de ritmo acelerado. Asociarse con CAS puede ayudarle a acceder directamente a los conocimientos que inspiren sus innovaciones, agilizando el camino hacia su próximo avance.
(1) Previsión de la demanda de baterías de iones de litio para 2030 | McKinsey. https://www.mckinsey.com/industries/automotive-and-assembly/our-insights/battery-2030-resilient-sustainable-and-circular (consultado el 16-08-2024).
(2) Han, S.; Zhenghao, M.; Meilin, L.; Xiaohui, Y.; Xiaoxue, W. Evaluación de la sostenibilidad del suministro mundial de metales críticos para la tecnología de energía limpia. Resour. Policy 2023, 85, 103994. https://doi.org/10.1016/j.resourpol.2023.103994.
(3) Los investigadores ven en el manganeso la clave para baterías de iones de litio más seguras y baratas. Argonne National Laboratory. https://www.anl.gov/article/researchers-eye-manganese-as-key-to-safer-cheaper-lithiumion-batteries (consultado el 16-08-2024).
(4) Chen, H.; Sun, C. Avances recientes en cátodos basados en manganeso rico en litio para baterías de iones de litio de alta densidad energética. Chem. Commun. 2023, 59 (59), 9029–9055. https://doi.org/10.1039/D3CC02195E.
(5) Guo, W.; Weng, Z.; Zhou, C.; Han, M.; Shi, N.; Xie, Q.; Peng, D.-L. Materiales catódicos basados en Mn rico en Li para baterías de iones de litio: progreso y perspectivas. Inorganics 2024, 12 (1), 8. https://doi.org/10.3390/inorganics12010008.
(6) Óxido de litio y manganeso: una visión general | ScienceDirect Topics. https://www.sciencedirect.com/topics/engineering/lithium-manganese-oxide (consultado el 16-08-2024).
(7) Leal, V. M.; Ribeiro, J. S.; Coelho, E. L. D.; Freitas, M. B. J. G. Reciclaje de baterías de iones de litio usadas como solución sostenible para obtener materias primas para diversas aplicaciones. J. Energy Chem. 2023, 79, 118–134. https://doi.org/10.1016/j.jechem.2022.08.005.
(8) Martins, L. S.; Guimarães, L. F.; Botelho Junior, A. B.; Tenório, J. A. S.; Espinosa, D. C. R. Baterías de coches eléctricos: una visión general sobre la demanda global, el reciclaje y los enfoques futuros hacia la sostenibilidad. J. Environ. Manage. 2021, 295, 113091. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2021.113091.
(9) Meng, Y.; Wang, Y.; Zhang, Z.; Chen, X.; Guo, Y.; Xiao, D. Un compuesto de LiMn0.5Fe0.5PO4/carbono derivado de ácido fítico de alta densidad energética para baterías recargables de litio. Sci. Rep. 2019, 9 (1), 6665. https://doi.org/10.1038/s41598-019-43140-7.
(10) Informe de análisis de previsión sobre el tamaño, la cuota, el crecimiento y las tendencias del sector de las baterías de iones de litio, 2032. https://www.fortunebusinessinsights.com/industry-reports/lithium-ion-battery-market-100123 (consultado el 16-08-2024).
(11) GM invierte en Mitra Chem, innovadora en IA y materiales para baterías. https://news.gm.com/public/us/en/gm/home/newsroom.detail.html/Pages/news/us/en/
2023/aug/0816-mitrachem.html (consultado el 16-08-2024).