A medida que ha ido aumentando la demanda de almacenamiento de energía, se han hecho evidentes las limitaciones de las baterías de iones de litio (LIB) convencionales. Se prevé que la industria de las LIB crecerá hasta un 30 % anual entre 2022 y 20301, pero los materiales catódicos actuales impiden que este crecimiento sea sostenible. El cobalto, un componente clave en los cátodos actuales de las LIB, es caro, depende de recursos finitos y está asociado a problemas medioambientales y éticos debido a sus métodos de extracción2. Estos problemas han llevado a los investigadores a explorar alternativas a los cátodos de cobalto tradicionales.
Los cátodos a base de manganeso son una solución prometedora. Abundantes, rentables y menos dañinos para el medioambiente que el cobalto, ofrecen el potencial de una alta densidad energética y una mayor seguridad en las baterías de iones de litio. Sin embargo, integrar el manganeso en la tecnología de baterías no está exento de obstáculos. La baja eficiencia coulómbica, el desvanecimiento de la capacidad y la estabilidad han complicado el desarrollo de cátodos de manganeso.3–5
Con CAS, los investigadores pueden aprovechar amplias bases de datos de propiedades químicas y materiales, acceder a la bibliografía científica más reciente, proteger la propiedad intelectual de sus innovaciones y crear soluciones digitales personalizadas. Nuestras herramientas están diseñadas para impulsar la investigación diaria, inspirar y fomentar la I+D innovadora, para allanar el camino a una nueva generación de soluciones eficaces y sostenibles de almacenamiento de energía.
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Optimización de la revisión bibliográfica sobre baterías de manganeso
Los investigadores del sector del almacenamiento de energía exploran constantemente nuevos métodos y diseñan materiales innovadores de cátodo basados en manganeso, por lo que es esencial estar al día de los avances para mantener una ventaja competitiva. En los últimos cinco años, los datos de la colección de contenidos de CASTM 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 día con una cantidad cada vez mayor de información.
Gráfico lineal que muestra el aumento del número de patentes de 2019 a 2023, con un descenso en 2020 seguido de un crecimiento constante hasta 2023.
Los expertos de la industria de CAS seleccionan y conectan el conocimiento científico mundial para ofrecerle los conocimientos que facilitan la innovación. Acelera tu revisión bibliográfica con acceso simplificado a la información más reciente sobre cátodos de manganeso de revistas, patentes y bases de datos de todo el mundo, actualizada diariamente para mantenerte a la vanguardia de la ciencia de las baterías.
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Exploración de materiales de cátodo de manganeso
La selección del material adecuado para los cátodos de manganeso es una tarea compleja para los investigadores, ya que exige el equilibrio perfecto entre densidad energética, coste, seguridad y estabilidad. Con diferentes materiales que ofrecen ventajas e inconvenientes distintos, encontrar el equilibrio para la aplicación de una batería resulta muy complejo. Dos de los actores clave, las baterías de iones de litio de óxido de manganeso y las baterías de níquel, manganeso y cobalto, se usan ampliamente, pero presentan numerosos inconvenientes. Esto crea oportunidades para que entren en el mercado nuevos materiales que puedan equilibrar mejor la eficacia con las tecnologías sostenibles.
| Material de cátodo de manganeso | Descripción |
|---|---|
| Óxido de manganeso de litio (LiMn2O4) | Las baterías de iones de litio y óxido de manganeso ofrecen un alto voltaje y una buena estabilidad térmica, pero su capacidad se reduce debido a la disolución del manganeso durante el ciclo. Se utilizan ampliamente, especialmente en aplicaciones en las que la seguridad tiene prioridad sobre la densidad energética.6 |
| Óxido de litio, níquel, manganeso y cobalto (NMC) | Las baterías de níquel, manganeso y cobalto incluyen manganeso para equilibrar el rendimiento y el coste. Estos materiales son conocidos por su alta densidad energética y se utilizan habitualmente en los vehículos eléctricos. La proporción de níquel, manganeso y cobalto se puede ajustar para optimizar las propiedades, pero siguen dependiendo del uso del cobalto.7,8 |
| Óxidos ricos en litio a base de manganeso (LRMO) | Basados en baterías de iones de litio y óxido de manganeso con un exceso de litio en su estructura, lo que permite un mayor voltaje y capacidades específicas. Se enfrentan a desafíos como la rápida disminución de voltaje/capacidad, el bajo rendimiento y la baja eficiencia coulómbica inicial.4 |
| Fosfato de hierro de manganeso (LiMn0.5Fe0.5PO4) | Un material con estructura de olivino 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 cátodo de manganeso
Con la predicción de que el mercado de LIB alcanzará los 446,85 mil millones de USD en 203210, los nuevos materiales y tecnologías de cátodos a base de manganeso presentan una gran oportunidad. Es fundamental que las empresas protejan la propiedad intelectual (PI) de sus baterías para aprovechar este enorme crecimiento y garantizar el máximo potencial de sus innovaciones.
Con la STN IP Protection Suite™, tiene acceso a recursos vitales que le ayudarán a enfrentarse al intrincado panorama de la PI de los cátodos de manganeso. Con datos completos de patentes e Innovación junto con alertas personalizadas, puede mantenerse informado sobre las últimas solicitudes y avances en el sector. Al asociarse con CAS, garantiza la protección de sus innovaciones en tecnología de baterías de manganeso, para liderar con confianza en este cambiante mercado.
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Desarrollo de soluciones novedosas con IA y transformación digital
A medida que la IA y la transformación digital revolucionan la investigación y el desarrollo en todas las industrias, los investigadores pueden aprovechar el poder de estas tecnologías para agilizar las innovaciones en las baterías de manganeso. Recientemente, General Motors (GM) invirtió en una asociación con Mitra Chem, empresa innovadora en materiales para baterías basados en la inteligencia artificial y con sede en Silicon Valley. Las empresas tienen como objetivo desarrollar materiales activos de cátodo avanzados a base de hierro utilizando simulaciones y modelos de aprendizaje automático basados en la física, con el fin de reducir el tiempo de llegada al mercado de nuevos materiales de baterías.11
Los expertos del equipo de servicios personalizados de CASSM pueden aplicar su amplia experiencia en gestión del conocimiento para ayudarle a crear tecnologías de transformación digital adaptadas a sus necesidades específicas. CAS es su socio para integrar sus propios datos con la colección de contenidos de CAS y conjuntos de datos externos de terceros, o para desarrollar soluciones digitales de todo tipo, incluidas las opciones con IA y aprendizaje automático.
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Diseñando un futuro sostenible para el almacenamiento de energía
Los investigadores de la química de baterías están a la vanguardia de la creación de soluciones sostenibles que garanticen nuestro futuro colectivo. Aunque los cátodos de manganeso aún no han alcanzado el equilibrio perfecto entre eficacia y sostenibilidad, esto también supone una oportunidad para que entren nuevas ideas y tecnologías en este mercado tan dinámico. La asociación con CAS puede ayudarle a acceder directamente a la información que inspire sus avances y agilizar el camino hacia su próxima innovación.
(1) Lithium-ion battery demand forecast for 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. Global Supply Sustainability Assessment of Critical Metals for Clean Energy Technology. Resour. Policy 2023, 85, 103994. https://doi.org/10.1016/j.resourpol.2023.103994.
(3) Researchers eye manganese as key to safer, cheaper lithium-ion batteries. 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. Recent Advances in Lithium-Rich Manganese-Based Cathodes for High Energy Density Lithium-Ion Batteries. 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. Li-Rich Mn-Based Cathode Materials for Li-Ion Batteries: Progress and Perspective. Inorganics 2024, 12 (1), 8. https://doi.org/10.3390/inorganics12010008.
(6) Óxido de manganeso de litio - una visión general | Temas de ScienceDirect. 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. Recycling of Spent Lithium-Ion Batteries as a Sustainable Solution to Obtain Raw Materials for Different Applications. 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. Electric Car Battery: An Overview on Global Demand, Recycling and Future Approaches towards Sustainability. 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. A Phytic Acid Derived LiMn0.5Fe0.5PO4/Carbon Composite of High Energy Density for Lithium Rechargeable Batteries. Sci. Rep. 2019, 9 (1), 6665. https://doi.org/10.1038/s41598-019-43140-7.
(10) Informe de análisis y pronóstico del tamaño, participación, crecimiento y tendencias de la industria del mercado de baterías de iones de litio, 2032. https://www.fortunebusinessinsights.com/industry-reports/lithium-ion-battery-market-100123 (accedido el 16-08-2024).
(11) GM Invests in AI and Battery Materials Innovator Mitra Chem. 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).