¿Las baterías de estado sólido usan níquel?

¿Las baterías de estado sólido utilizan níquel? Lo que deben entender los equipos de adquisición de vehículos aéreos no tripulados

Contenido de níquel enbaterías de litiose ha convertido en una preocupación de adquisiciones que va mucho más allá de la ciencia de materiales. Los precios del níquel son volátiles, las cadenas de suministro de níquel están concentradas geográficamente y los cátodos de baterías con alto contenido de níquel conllevan compensaciones de rendimiento específicas que afectan el comportamiento de las baterías a lo largo de su vida útil.

Para los operadores de vehículos aéreos no tripulados y los equipos de adquisiciones que evalúan baterías de estado sólido, vale la pena comprender la cuestión del níquel, porque la respuesta afecta la estabilidad de costos, las características de rendimiento y el riesgo de la cadena de suministro de maneras que no aparecen en una hoja de especificaciones.

Dónde aparece el níquel en las baterías de litio

El papel del níquel enbaterías de litioestá principalmente en el cátodo. El cátodo es el electrodo positivo, el componente que libera iones de litio en el electrolito durante la descarga y los acepta durante la carga.

Las químicas catódicas más comunes en las baterías de litio comerciales son NMC (óxido de litio, níquel, manganeso y cobalto) y NCA (óxido de litio, níquel, cobalto y aluminio). Ambos contienen un contenido significativo de níquel. Las variantes de NMC con alto contenido de níquel, denominadas NMC 811 (80 % níquel) o NMC 622 (60 % níquel), se han vuelto cada vez más comunes en aplicaciones con alta densidad de energía porque el contenido de níquel se correlaciona con una mayor densidad de energía a nivel del cátodo.

Una batería UAV de polímero de litio de calidad que utiliza una química de cátodo NMC con alto contenido de níquel normalmente contiene entre un 30 y un 40 % de níquel por peso de cátodo. Ese contenido de níquel es parte de lo que permite las cifras de densidad de energía anunciadas para los paquetes comerciales de LiPo.

HacerBaterías de estado sólido¿Usar níquel? La mayoría lo hace actualmente

Aquí es donde los operadores de vehículos aéreos no tripulados suelen sorprenderse: la mayoría de las baterías de estado sólido de la generación actual utilizan la misma química de cátodos NMC o NCA que las baterías de polímero de litio convencionales. El electrolito sólido reemplaza al electrolito líquido, pero el material del cátodo (incluido su contenido de níquel) frecuentemente permanece sin cambios en los diseños de estado sólido de primera generación.

Esto tiene sentido desde una perspectiva de fabricación. Los cátodos NMC y NCA tienen un rendimiento comprobado y bien caracterizado con cadenas de suministro de producción establecidas. El desarrollo de una química catódica completamente nueva junto con un nuevo sistema de electrolitos añade complejidad y riesgo a un problema de ingeniería que ya es un desafío. La mayoría de los fabricantes de baterías de estado sólido que iniciarán la producción comercial entre 2024 y 2026 han priorizado la transición de electrolitos manteniendo al mismo tiempo materiales catódicos probados.

La implicación práctica: una batería de UAV de estado sólido que utiliza la química del cátodo NMC 811 conlleva una exposición en la cadena de suministro de níquel similar a la de una batería LiPo equivalente con el mismo cátodo. El electrolito sólido no cambia la ecuación del níquel a nivel del cátodo.

Donde el diseño de estado sólido puede reducir la dependencia del níquel

La trayectoria a largo plazo del desarrollo de baterías de estado sólido ofrece un camino hacia una menor dependencia del níquel, pero no es universal en los productos actuales.

Los diseños de ánodos de metal de litio (tratados en el artículo anterior de esta serie) permiten una mayor densidad de energía desde el lado del ánodo en lugar de requerir un contenido de níquel cada vez mayor en el cátodo. Si el ánodo entrega significativamente más energía por gramo, no es necesario empujar el cátodo al contenido máximo de níquel para alcanzar las especificaciones de densidad de energía objetivo.

Algunos desarrolladores de baterías de estado sólido están utilizando esta flexibilidad arquitectónica para explorar químicas de cátodos con bajo contenido de níquel, incluidos los cátodos LFP (fosfato de litio y hierro), que no contienen níquel ni cobalto pero tradicionalmente sacrifican la densidad de energía. Combinados con un ánodo de metal de litio en un diseño de estado sólido, los cátodos LFP pueden alcanzar cifras de densidad de energía competitivas y al mismo tiempo eliminar por completo el níquel y el cobalto del cátodo.

Se trata de una etapa de desarrollo en lugar de estar ampliamente disponible comercialmente en formatos de baterías de vehículos aéreos no tripulados en 2026, pero representa una trayectoria genuina a mediano plazo que los equipos de adquisiciones con horizontes de planificación a largo plazo deberían seguir.

Qué significa esto para la adquisición de baterías de vehículos aéreos no tripulados

Para las decisiones de adquisiciones de hoy, la cuestión del níquel en baterías de estado sólido se resuelve de la siguiente manera:

Pregúntele al fabricante qué química catódica utiliza su batería de estado sólido. NMC o NCA significan una exposición al níquel similar a la de las baterías LiPo de alto rendimiento, con la misma volatilidad de costos y consideraciones de la cadena de suministro. El cátodo LFP significa ausencia de níquel, menor densidad de energía en la mayoría de los diseños actuales, pero mejor estabilidad de costos y cadena de suministro más simple.

Ninguna de las dos cosas es universalmente correcta. La elección correcta del cátodo depende de si su operación prioriza la máxima densidad de energía, la previsibilidad de costos o la diversificación de la cadena de suministro.

Transparencia del cátodo de BATERÍA ZYEB

BATERÍA ZYEBproporciona documentación sobre la química del cátodo para baterías UAV de iones de litio de estado sólido y de polímero de litio de alto rendimiento, incluida información sobre el contenido de níquel relevante para el cumplimiento de las adquisiciones y la diligencia debida de la cadena de suministro. Para los equipos de compras que necesitan esta información, es parte de lo que incluimos en la documentación del producto en lugar de algo que deban solicitar específicamente.