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Litio: del salar a las baterías Hacia un aprovechamiento óptimo de las energías sustentables: Vectores Energéticos "Almacenamiento electroquímico de energía: estudios experimentales y teoricos de materiales de electrodos para baterías de ión-litio“ FaMAF - Planta baja - Lab. 450 - Edificio LEF-LAMARX -

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Page 1: Presentación de PowerPoint - famaf.unc.edu.ar · Oxido de Titanio Anodos importantes en uso Compuestos de intercalación Sn + xe-+ xLi+  Li ... Ensamble de celda y caracterización

Litio del salar a las bateriacuteas

Hacia un aprovechamiento oacuteptimo de las energiacuteas sustentables Vectores Energeacuteticos

Almacenamiento electroquiacutemico de energiacutea estudios experimentales y teoricos de materiales

de electrodos para bateriacuteas de ioacuten-litioldquo

FaMAF - Planta baja - Lab 450

- Edificio LEF-LAMARX -

Dr Daniel Barraco (Investigador FaMAF)

Dr Ezequiel Leiva (Investigador FCQ)

Dr Osvaldo Caacutemara (Investigador FCQ)

Dra Guillermina Luque (Investigador FCQ)

Dra Fabiana Oliva (Investigador FCQ)

Dra Cecilia Gimenez (Investigador FaMAF)

Dr Luis Reinaudi (Investigador FCQ)

Dr Oscar Oviedo (Investigador FCQ)

Dr Martiacuten Zoloff Mischoff (Investigador FCQ)

Dr Ramiro Rodriguez (Investigador FCEFyN)

Dr Gabriel Correa (Investigador FCEFyN)

Dra Andrea Calderoacuten (Investigador FaMAF)

Dr Eduardo Perassi (Investigador FaMAF)

Dr Germaacuten Lener (Investigador FaMAF)

Dr Patricio Veacutelez (Investigador FCQ)

Dra Victoria Bracamonte (investigador FaMAF)

Dr Emiliano Primo (posdoctoral FaMAF)

Dr Agustiacuten Sigal (posdoctoral FaMAF)

Dr Andreacutes Ruderman (posdoctoral FaMAF)

Dra Maria Laura Para (posdoctoral FaMAF)

Dra Mariacutea Luz Nievas Lobos (posdoctoral FCQ)

Lic Susana Chauque (Tesistabecaria FCQ)

Lic Manuel Otero (Tesistabecario FaMAF)

Lic Sacha Schmrekar (Tesistabecaria FaMAF)

Ing Pedro Muntildeoz (Tesistabecario FCQ-FCEFyN)

Lic Mariacutea del Carmen Rojas (Tesistabecaria FaMAF)

Estudiante Francisco Garcia (colaborador FaMAF)

Estudiante Agustin Alvarez Ojeda (colaborador FaMAF)

Integrantes del Grupo de trabajo

Tres Facultades de la UNC FaMAF - FCQ - FCEFyNDos Institutos de CONICET IFEG - INFIQC

Motivaciones para el desarrollo de una sociedad

1- SustentabilidadldquoEl desarrollo que satisface las necesidades del presente sin

comprometer la capacidad de las generaciones futuras de satisfacer las

suyasrdquo

Motivaciones

2- Calentamiento global

httpwwwoilcrisiscomsummaryhtm

Producido por gases que producen efecto invernadero sobre todo CO2

Motivaciones calentamiento global

httpwwwoilcrisiscomsummaryhtm

PERO EL CALENTAMIENTO GLOBAL A VA TERMINARhellip

Motivaciones 3- Pico de produccioacuten de petroacuteleo

httpgasprices-usacom httpwwwoilcrisiscomsummaryhtm

US Energy Information Administration 2009

IMPORTANCIA DE LOS VECTORES ENERGETICOS

Las ENERGIacuteAS SUSTENTABLES emergentes

(solar eoacutelica etc) son DISCONTINUAS

Es necesario su ALMACENAMIENTO

Vectores EnergeacuteticosSe llama vectores energeacuteticos a aquellas sustancias o dispositivos que almacenan energiacutea de tal manera que eacutesta pueda liberarse posteriormente de forma controlada

Se diferencian de las fuentes primarias de energiacutea en que a diferencia de eacutestas se trata de productos manufacturados en los que previamente se ha invertido una cantidad de energiacutea mayor para su elaboracioacuten

Vectores - Bateriacuteas recargables (de ioacuten-litio)- Hidroacutegeno (uso en celdas de combustible)- Otroshelliphellip

BateriacuteasiquestSon nuevas las bateriacuteas

Imperio Parto (247 AC ndash 224 DC) 2000 antildeos de antiguumledadUna jarra de arcilla estaba llena con una solucioacuten de vinagre en la que se ubicaba una barra de hierro rodeadas por un cilindro de cobre Diferencia de potencial de 11 a 2 Voltios

Bagdad - 1936

Alessandro Volta

Cinc = -076 V

Plomo = -013 V

Estantildeo = -107 V

Hierro = -004 V

Cobre = 0159 V

Plata = 198 V

Oro = 183 V

Carbon = 013 V

Luigi Galvani (1780) ldquoelectricidad animalrdquo o

ldquofluido nerveo eleacutectricordquo

ldquopilardquo de Volta (1796)

Bateriacuteas ldquoRecargablesrdquo proceso electroquiacutemico reversible

1)Bateriacutea de Plomo-aacutecido (PbH2SO4)

Pb (metal) H2SO4(ac) oacutexido de plomo (PbO2)electrodo (-) electrodo (+)

REACCIONES

Pb + H2SO4(ac) PbSO4(s) + 2H+ + 2e- Anodo (-)

PbO2(s) + H2SO4(ac) + 2H+ + 2endash PbSO4(s) + 2H2O Caacutetodo (+)

Proceso Neto (descarga)

Pb + PbO2(s) + 2H2SO4(ac) 2PbSO4(s) + 2H2O

Voltaje 21 - 22 V

2) Bateriacutea de Litio metaacutelico Li oacutexido metaacutelico

Li (metal) solvente orgaacutenico oacutexido de metal (Co Ni Mn)electrodo (-) electrodo (+)

REACCIONES Li(metaacutelico) Li+ + e- Anodo (-)

CoO2(s) + Li+ + endash LiCoO2(s) Caacutetodo (+)

Proceso Neto (descarga) Li + CoO2(s) LiCoO2(s) 37 - 39 V

Proceso de Recarga LiCoO2(s) Li + CoO2(s)

SistemaSelladoaislado de 02 y agua

Problemas del aacutenodo de litio metal

Aacutenodo Litio

metal(-)

Caacutetodo(+)

Electrolito

Crecimiento de dendritas durante los ciclos de recarga

Separador

3) Bateriacutea de ioacuten-Litio C6(Li) oacutexido metaacutelico

Grafito(Li+) solv orgaacutenico + sal de litio oacutexido de metal (Co Ni Mn)electrodo (-) electrodo (+)

REACCIONES C6-(Li+) C6 + Li+ + e- Anodo (-)

CoO2(s) + Li+ + endash LiCoO2(s) Caacutetodo (+)

Proceso Neto (descarga) C6(Li) + CoO2(s) C6 + LiCoO2(s) 36-37 V

Proceso de Recarga C6 + LiCoO2(s) C6(Li) + CoO2(s)

SistemaSellado

Aacutenodo de grafito (C6)

Orbitales deslocalizados

TecnologiacuteaSony comercializoacute la primer bateriacutea de Ion Li en 1991

En 2011 las bateriacuteas de ion-Li abarcaron el 66 de todas las bateriacuteas recargables en Japoacuten

iquestPor queacute pensar HOY en Bateriacuteas de Litio

Ambiente

1832-1930 2030

iquestPor queacute pensar HOY en Bateriacuteas de Litio

Ambientey

EnergiacuteaCO2

ldquo0rdquo emision

90 eficiencia

Enficiencia gt 40 oacute gt70

Eficiencia - 50-60

Eficiencia lt 25

CO2

etc

Bio-fuel y Petroleo Baja Eficiencia

iquestPor queacute pensar HOY en Bateriacuteas de Litio

Una bateriacutea de ion-Litio require 03 Kg de metal Li o 14 and 15 kg of Li2CO3 por kWh de capacidad de bateriacutea

Auto hiacutebrido promedio utiliza unos 5-20 kWh en bateriacuteas Esto es 15 kg of Litio o 7 kg of Li2CO3 por auto

Un auto totalmente eleacutectrico require bateriacuteas de 90 kWh Esto es 3 kg de Litio o 13 kg de Li2CO3 por auto

El precio de las bateriacuteas de ion-litio va desde 300 ndash 800 u$s kWh (comparada a 50-100 u$s kWh para la tecnologiacutea de Plomo aacutecido)

Distribucioacuten geograacutefica del Litio

Salares

Minerales

Bolivia

Chile

Argentina

Yacimientos en Bolivia ndash Chile ndash ArgentinaEn nuestros Salares aprox 80 de los recursos mundiales

Yacimientos de Salares en LatinoameacutericaldquoTriaacutengulo del Litiordquo Argentina - Bolivia - Chile

Salar de Uyuni Bolivia Salar de Atacama

Chile

Salar del Hombre Muerto Argentina

Ambiente de los salares

iquestImpacto en el ambiente

La Negra ChilePlanta

en Salta

Bateriacuteas comerciales de ioacuten-litio

Bateriacutea 18650

Bateriacuteas prismaacuteticas

ldquopackrdquo para notebook

Bateriacutea de ioacuten-litio

Bateriacutea de ioacuten-litio

Anodo Construido sobre una laacutemina de Cobre de 10-20 mm de espesor

Caacutetodo Construido sobre una laacutemina de Aluminio de 10-20 mm de espesor

Bateriacutea 18650 37 V 2100 mAh

Bateriacuteas Recargables de ioacuten Li+ en uso actual

CaacutetodoLiXCoO2

AnodoLiXC6

Solucioacuten de Electrolito Etilen-Carbonato amp Di-Metil Carbonato LiPF6 Voltaje 37 V Densidad de Energiacutea 150 WhKg

CathodeSurface films

AnodeSurface films

D Aurbach et Al Materials Today 2014

Anodos para Bateriacuteas recargables de ioacuten-Li

Li4Ti5O12 + 3Li+ + 3 e- harr Li7Ti5O12

Li1-xC6 + xLi+ + x e- harr LiC6

MX + 2eminus + 2Li+ M + Li2X

MX2 + eminus + Li+ + LiMX2

Insercioacuten

Conversioacuten

Capacidad Praacutectica 160 mAhg

LiC6

LiC12

Grafito

Oxido de Titanio

Anodos importantes en uso Compuestos de intercalacioacuten

Sn + xe- + xLi+ lt=gt LixSn x 44 gt900 mAhgSi + xe- + xLi+ lt=gt LixSi x 44 gt4000 mAhg

Problema se necesitan Nano estructuras

Capacidad Praacutectica 330 mAhg

12

16

20

240 50 100 150 50 100 150

12

16

20

24

Voltag

e V

vs LiL

i+

Capacity mAhg-1

0 100 200 30000

04

08

12

100 200 30000

04

08

12

Voltag

e V

vs LiL

i+

Capacity mAhg-1

iquestY nosotros queacute podemos hacerDesarrollo de nuevos materiales

- Preparacioacuten de materiales- Caracterizacioacuten- Estudios Teoacutericos y Simulaciones

Desarrollo de nuevos materiales- Preparacioacuten de materiales- Caracterizacioacuten- Estudios Teoacutericos y Simulaciones

iquestY nosotros queacute podemos hacer

Metodologiacutea de trabajo Siacutentesis de materiales activos

Caracterizacioacuten estructural y morfoloacutegica

Ensamble de celda y caracterizacioacuten electroquiacutemica

ModeloTeoacuterico

Simulacioacuten Computacional

Anaacutelisis e Interpretacioacuten

Estudios Teoacutericos

Estudios Experimentales

Liacuteneas de trabajo en el LaES

- Desarrollo y caracterizacioacuten de materiales para aacutenodos Basados en Carbono Titanatos de litio Silicio y Estantildeo

- Desarrollo y caracterizacioacuten de materiales para caacutetodos Basados en Azufre

- Simulaciones computacionalesInsercioacuten de iones litio en grafito y titanatos de litioModelado de materiales de carbonos porosos(Dinaacutemica Molecular Teoriacutea DFT Mecaacutenica

Estadiacutestica Montecarlo)

iexclMuchas gracias

laeslabuncgmailcom

Algunos temas de trabajo- Materiales hiacutebridos basados en carbono como electrodos para bateriacuteas de Li

Dra Guillermina Luque

- Agregado de aditivos y modificacioacuten de separadores para mejorar la performance de baterias de litio-azufre Dr Germaacuten Lener Dra Andrea Calderoacuten Dra Victoria Bracamonte

- Construccioacuten y caracterizacioacuten experimental y teoacuterica de dispositivos de conversioacuten fotovoltaica basados en perovskitas de halogenuros organometaacutelicos

Dr Agustiacuten Sigal

- Trabajo experimental y teoacuterico de materiales para electrodos de bateriacuteas azufre-litio y ioacuten-litio

Dr Germaacuten Lener Dr Agustiacuten Sigal

Algunos temas de trabajo- Estudios de la insercioacuten de iones de Li en compuestos de intercalacioacuten utilizados como electrodos de celdas de ion-Li

Dr Eduardo Perassi

- Caacutelculos ab-initio y simulaciones computacionales de sistemas relacionados con bateriacuteas de Litio celdas de combustible y adsorcioacuten sobre superficies Dra Cecilia Gimenez y Dr Luis Reinaudi

- Materiales activos de electrodo basados en oacutexidos de titanio y titanatos de metales alcalinos para su aplicacioacuten como aacutenodos en bateriacuteas de ioacuten-litio

Dr Osvaldo Caacutemara y Dra Fabiana Oliva

- Partiacuteculas aislantes vs partiacuteculas conductoras Efectos de la percolacioacuten en la conduccioacuten eleacutectrica

Dr Patricio Veacutelez

Algunas estrategias de ensamble

pero no solo para

automoacutevileshellip

iquesthogares sutentables

Vectores - Oportunidades = Litio (como bateriacuteas de Litio)

bullBateriacuteas de ion-Li En 2007 se produjeron mundialmente 2500000000 de bateriacuteas de Li

Se proyecta una utilizacioacuten de 20000 t en la fabricacioacuten de bateriacuteas para vehiacuteculos eleacutectricos cuya produccioacuten estimada es de 500000 vehiacuteculos eleacutectricos en 2015 y 15 millones en 2020 Se consumen actualmente 100000 toneladas en el mercado mundial

Ameacuterica Latina concentra entre el 50 y el 80 de las reservas mundiales (Bolivia Chile Argentina)

El Litio es un material no contaminante (en todo caso antidepresivo)

Tecnologiacutea Madura

Bateriacutea de Cinc-Cobre Reacciones Reacutedox

Cu+2 + 2e rarr Cu Reduccioacuten Zn rarr Zn+2 + 2e Oxidacioacuten

Proceso netoCu+2 + Zn rarr Cu + Zn+2 11 Volts

Proceso Electroquiacutemico

Clasificacioacuten General

a)Bateriacuteas productoras de Energiacutea Bateriacuteas ldquoPrimariasrdquo

- Cinc-Carboacuten (comuacuten)- Cinc-Carboacuten Alcalinas- Tipo ldquobotoacutenrdquo (de reloj)

b) Bateriacuteas de almacenamiento de Energiacutea Bateriacuteas ldquoSecundariasrdquo o ldquoRecargablesrdquo

- Plomo-aacutecido- Niacutequel-Cadmio- Niacutequel-Metal hidruro- Litio metaacutelico (en desuso)- Ioacuten-Litio

Utiles como Vectores Energeacuteticos

Un solo uso

Quiacutemica de las Bateriacuteas mas comunes

1) ldquoPilardquo de Leclancheacute o ldquopila secardquo Cinc-carbon (Zn-C)

Zn (metal) pasta de NH4ClndashZnCl2 oacutexido de manganeso + carboacuten grafitoelectrodo (-) electrodo (+)

REACCIONES

Zn Zn2+(ac) + 2 e

ndash Anodo (-)

2 MnO2(s) + 2endash + hellip 2 MnO(OH)(s) + Caacutetodo (+)

Diferencia de Potencial Eleacutectrico

Voltaje 150 Volts

Bateriacuteas ldquoPrimariasrdquo

Aacutenodo de grafitoproceso de cargado

Colector de corriente

Grafeno

Nube de electrones

Bateriacutea de ion-litio

Anodo Construido sobre una laacutemina de Cobre de 10-20 mm de espesor

Caacutetodo Construido sobre una laacutemina de Aluminio de 10-20 mm de espesor

Bateriacutea 18650 37 V 2100 mAh

bullBateriacuteas de ion-Li En 2007 se produjeron mundialmente 2500000000 de bateriacuteas de Li

Se proyecta una utilizacioacuten de 20000 t de Litio en la fabricacioacuten de bateriacuteas para vehiacuteculos eleacutectricos cuya produccioacuten estimada es de 500000 vehiacuteculos eleacutectricos en 2015 y 15 millones en 2020 Se consumen actualmente 100000 toneladas en el mercado mundial

Ameacuterica Latina concentra entre el 50 y el 70 de las reservas mundiales (Bolivia Chile Argentina)

El Li es un material no contaminante(en todo caso antidepresivo)

Tecnologiacutea Madura

Datos Interesantes

Energiacuteas especiacuteficas

Minerales conteniendo Litio

54

Ocurrencia Li en la corteza terrestre 0006 (entre los 27 mas abundantes) Se conocen mas de 150 minerales portadores de Li

Yacimientos Minerales de Pegmatitas Presente en magmas de baja viscosidad Pegmatitas de estructura zonada Se encuentra junto a Casiterita Berilo Apatita Columbita Granate Turmalina Feldespato Cuarzo Micas y otros

Salmueras Naturales Lagos salinos y salares Yacimientos de evaporacioacuten (minerales evaporiacuteticos) Alta solubilidad del Cloruro de Li Zonas aacuteridas

Imagen Nombre Foacutermula de Li2O

Espodumeno Li2O Al2O34SiO2

(PF 37620)804

(37 Li)

Lepidolita Li2AlSi4O10(FOH)(PF 37334)

3 ndash 6(37 Li)

Zinnwaldita KLiFeAl2Si3O10(OHF)(PF 42011)

2 ndash 4(17 Li)

Ambligonita Li Al(FOH)PO4

(PF 14587)101

(48 Li)

Tipos de Minerales

- Explotacioacuten extraccioacuten de aguas subterraacuteneas salinas- Procesamiento - Bombeo de salmueras (conteniendo 300 - 1500 ppm Li+) - Evaporacioacuten y Concentracioacuten de Litio (aprox factor gt10) - Purificacioacuten de salmueras Agregado de Ca(OH)2

separacioacuten de Mg(OH)2 boacuterax sulfatos

- Adicioacuten de Na2CO3 obtencioacuten de Li2CO3

Recuperacioacuten de aprox 90 de Li de la salmuera inicialSubproductos KCl CaSO4 2H2O(yeso) Mg(OH)2 Boacuterax

Obtencioacuten de Litio desde los Salares

Li2CO3

Reservas de Litio a nivel global

Reservas desde salares

Ameacuterica del sur guarda el 75 de las reservas de Litio mundiales

iquestFuturo de las bateriacuteas de Ion-LibullBateriacuteas de litio-aire

iquestFuturo de las bateriacuteas de Ion-LibullBateriacuteas de litio-aire

Algunas conclusiones El almacenamiento de energiacutea hoy juega un rol determinante para reemplazar el petroacuteleo con energiacuteas alternativas

El desarrollo del aacutenodo de grafito significoacute un profundo salto en el desarrollo de las bateriacuteas de litio

Por su versatilidad la bateriacutea de ioacuten-litio puede satisfacer necesidades de requerimientos muy variados

Hoy es posible desarrollar e investigar bateriacuteas de ion-Li en la Argentina

Particularmente en nuestra universidad se estaacute investigando en el disentildeo estudio y preparacioacuten de materiales alternativos para electrodos de estas bateriacuteas

Litio

66

Siacutembolo quiacutemico LiNuacutemero Atoacutemico (Z) 3Elemento perteneciente al Grupo I Metales Alcalinos (1s2 2s1)Peso Atoacutemico 6941 umaEs el elemento metaacutelico maacutes liviano que existe a temperatura ambiente Soacutelido a temperatura ambienteIsoacutetopos 6 Li Abundancia 742 No Radioactivo

7 Li Abundancia 9258 No Radioactivo 5 Li 8 Li 9Li Isoacutetopos artificiales

Estado de Oxidacioacuten 1+ (catioacuten Li+)Radio atoacutemico 0152 nm (metal)Radio ioacutenico (Li+) 0060 nm

Caracteriacuteticas

67

Metal blanco lustre plateado y dureza de 06 (maacutes blando que el plomo) Densidad alrededor de la mitad del aguaEs altamente reactivo y se asemeja al sodio en su comportamiento quiacutemico El Cloruro de Litio es muy soluble en agua Los Carbonatos Fluoruros y Fosfatos de litio son muy poco solubles en agua Reacciona muy raacutepidamente con el aire (O2 y N2) y con agua

Debe ser almacenado sumergido en un liacutequido orgaacutenico (hidrocarburo) como nafta kerosene etc El metal arde fuertemente en aire con llama blanca brillante Las soluciones acuosas de Li+ imparten un color rojo carmesiacute a la llama

Litio y derivadosArbol de Litio

Ton Li 2CO

3

Uso proyectado en celulares

Yacimientos de minerales en Argentina

Pegmatitas Sierras Pampeanas San Luis CoacuterdobaSan Juan La Rioja Catamarca Salta Jujuy

Tipos de Minerales Silicatos Espodumeno LiAlSi2O6 (75 a 8 LiO2)

Petalita LiAlSi4O10

Micas Lepidolita K[LiAl]3[AlSi]4O10[FOH]2

Zinwaldita K[LiAlFe]3[AlSi]4O10[FOH]2

Fosfatos Litiofilita (MnLi)PO4

Ambligonita (LiNa)Al(FOH)PO4

Yacimientos en Argentina

Salares y Salmueras NaturalesZona de la Puna Salta Jujuy y Catamarca

Jujuy

Salta

Catamarca

Ambiente de los salares

iquestImpacto en el ambiente

La Negra ChilePlanta

en Salta

- La existencia de costras soacutelidas de sal es soacutelo una caracteriacutestica superficial que estaacute presente en algunos salares pero no es representativa de la complejidad del sistema

- Un salar tiene asociado un cuerpo subterraacuteneo de salmuera que lo alimenta y tiene diferentes lsquofaciesrsquo de sales en profundidad como cloruro de sodio (halita) cloruros y sulfatos de potasio y magnesio y otros sulfatos y carbonatos

Geologiacutea de un Salar

Produccioacuten Global de litio(en metal equivalente)

- La existencia de costras soacutelidas de sal es soacutelo una caracteriacutestica superficial que estaacute presente en algunos salares pero no es representativa de la complejidad del sistema

- Un salar tiene asociado un cuerpo subterraacuteneo de salmuera que lo alimenta y tiene diferentes lsquofaciesrsquo de sales en profundidad como cloruro de sodio (halita) cloruros y sulfatos de potasio y magnesio y otros sulfatos y carbonatos

Geologiacutea de un Salar

Aspectos de relevanciaConsumo y contaminacioacuten de agua impactos en el paisaje introduccioacuten de caminos de exploracioacuten en ecosistemas sensibles instalacioacuten de infraestructura impacto en la flora y fauna de la actividad industrial donde antes no la habiacutea generacioacuten de residuos soacutelidos y quiacutemicos

La salmuera es bombeada mediante perforaciones y luego se la expone al sol para

evaporar el liacutequido y concentrar los componentes de intereacutes La concentracioacuten de litio en las salmueras es baja y variacutea dentro de

cada salar y entre los distintos salares fluctuando entre unas pocas decenas de partes por milloacuten y poco maacutes de mil de acuerdo con

estos valores puede estimarse que por cada tonelada de litio extraiacuteda se evaporan alrededor

de dos millones de litros de agua clara evidencia de que la mineriacutea del litio en salares es

una mineriacutea del agua

iquestA quieacuten impacta

ldquoNo puede ni debe realizarse ninguacuten tipo de actividad minera sin el consentimiento libre previo e informado de las comunidades involucradasrdquo

Y nosotros que podemos hacerDesarrollo de nuevos materialesPreparacioacuten de materiales

CaracterizacioacutenEstudios Teoacutericos

Y nosotros que podemos hacerDesarrollo de nuevos materialesPreparacioacuten de materiales

CaracterizacioacutenEstudios Teoacutericos

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Dr Daniel Barraco (Investigador FaMAF)

Dr Ezequiel Leiva (Investigador FCQ)

Dr Osvaldo Caacutemara (Investigador FCQ)

Dra Guillermina Luque (Investigador FCQ)

Dra Fabiana Oliva (Investigador FCQ)

Dra Cecilia Gimenez (Investigador FaMAF)

Dr Luis Reinaudi (Investigador FCQ)

Dr Oscar Oviedo (Investigador FCQ)

Dr Martiacuten Zoloff Mischoff (Investigador FCQ)

Dr Ramiro Rodriguez (Investigador FCEFyN)

Dr Gabriel Correa (Investigador FCEFyN)

Dra Andrea Calderoacuten (Investigador FaMAF)

Dr Eduardo Perassi (Investigador FaMAF)

Dr Germaacuten Lener (Investigador FaMAF)

Dr Patricio Veacutelez (Investigador FCQ)

Dra Victoria Bracamonte (investigador FaMAF)

Dr Emiliano Primo (posdoctoral FaMAF)

Dr Agustiacuten Sigal (posdoctoral FaMAF)

Dr Andreacutes Ruderman (posdoctoral FaMAF)

Dra Maria Laura Para (posdoctoral FaMAF)

Dra Mariacutea Luz Nievas Lobos (posdoctoral FCQ)

Lic Susana Chauque (Tesistabecaria FCQ)

Lic Manuel Otero (Tesistabecario FaMAF)

Lic Sacha Schmrekar (Tesistabecaria FaMAF)

Ing Pedro Muntildeoz (Tesistabecario FCQ-FCEFyN)

Lic Mariacutea del Carmen Rojas (Tesistabecaria FaMAF)

Estudiante Francisco Garcia (colaborador FaMAF)

Estudiante Agustin Alvarez Ojeda (colaborador FaMAF)

Integrantes del Grupo de trabajo

Tres Facultades de la UNC FaMAF - FCQ - FCEFyNDos Institutos de CONICET IFEG - INFIQC

Motivaciones para el desarrollo de una sociedad

1- SustentabilidadldquoEl desarrollo que satisface las necesidades del presente sin

comprometer la capacidad de las generaciones futuras de satisfacer las

suyasrdquo

Motivaciones

2- Calentamiento global

httpwwwoilcrisiscomsummaryhtm

Producido por gases que producen efecto invernadero sobre todo CO2

Motivaciones calentamiento global

httpwwwoilcrisiscomsummaryhtm

PERO EL CALENTAMIENTO GLOBAL A VA TERMINARhellip

Motivaciones 3- Pico de produccioacuten de petroacuteleo

httpgasprices-usacom httpwwwoilcrisiscomsummaryhtm

US Energy Information Administration 2009

IMPORTANCIA DE LOS VECTORES ENERGETICOS

Las ENERGIacuteAS SUSTENTABLES emergentes

(solar eoacutelica etc) son DISCONTINUAS

Es necesario su ALMACENAMIENTO

Vectores EnergeacuteticosSe llama vectores energeacuteticos a aquellas sustancias o dispositivos que almacenan energiacutea de tal manera que eacutesta pueda liberarse posteriormente de forma controlada

Se diferencian de las fuentes primarias de energiacutea en que a diferencia de eacutestas se trata de productos manufacturados en los que previamente se ha invertido una cantidad de energiacutea mayor para su elaboracioacuten

Vectores - Bateriacuteas recargables (de ioacuten-litio)- Hidroacutegeno (uso en celdas de combustible)- Otroshelliphellip

BateriacuteasiquestSon nuevas las bateriacuteas

Imperio Parto (247 AC ndash 224 DC) 2000 antildeos de antiguumledadUna jarra de arcilla estaba llena con una solucioacuten de vinagre en la que se ubicaba una barra de hierro rodeadas por un cilindro de cobre Diferencia de potencial de 11 a 2 Voltios

Bagdad - 1936

Alessandro Volta

Cinc = -076 V

Plomo = -013 V

Estantildeo = -107 V

Hierro = -004 V

Cobre = 0159 V

Plata = 198 V

Oro = 183 V

Carbon = 013 V

Luigi Galvani (1780) ldquoelectricidad animalrdquo o

ldquofluido nerveo eleacutectricordquo

ldquopilardquo de Volta (1796)

Bateriacuteas ldquoRecargablesrdquo proceso electroquiacutemico reversible

1)Bateriacutea de Plomo-aacutecido (PbH2SO4)

Pb (metal) H2SO4(ac) oacutexido de plomo (PbO2)electrodo (-) electrodo (+)

REACCIONES

Pb + H2SO4(ac) PbSO4(s) + 2H+ + 2e- Anodo (-)

PbO2(s) + H2SO4(ac) + 2H+ + 2endash PbSO4(s) + 2H2O Caacutetodo (+)

Proceso Neto (descarga)

Pb + PbO2(s) + 2H2SO4(ac) 2PbSO4(s) + 2H2O

Voltaje 21 - 22 V

2) Bateriacutea de Litio metaacutelico Li oacutexido metaacutelico

Li (metal) solvente orgaacutenico oacutexido de metal (Co Ni Mn)electrodo (-) electrodo (+)

REACCIONES Li(metaacutelico) Li+ + e- Anodo (-)

CoO2(s) + Li+ + endash LiCoO2(s) Caacutetodo (+)

Proceso Neto (descarga) Li + CoO2(s) LiCoO2(s) 37 - 39 V

Proceso de Recarga LiCoO2(s) Li + CoO2(s)

SistemaSelladoaislado de 02 y agua

Problemas del aacutenodo de litio metal

Aacutenodo Litio

metal(-)

Caacutetodo(+)

Electrolito

Crecimiento de dendritas durante los ciclos de recarga

Separador

3) Bateriacutea de ioacuten-Litio C6(Li) oacutexido metaacutelico

Grafito(Li+) solv orgaacutenico + sal de litio oacutexido de metal (Co Ni Mn)electrodo (-) electrodo (+)

REACCIONES C6-(Li+) C6 + Li+ + e- Anodo (-)

CoO2(s) + Li+ + endash LiCoO2(s) Caacutetodo (+)

Proceso Neto (descarga) C6(Li) + CoO2(s) C6 + LiCoO2(s) 36-37 V

Proceso de Recarga C6 + LiCoO2(s) C6(Li) + CoO2(s)

SistemaSellado

Aacutenodo de grafito (C6)

Orbitales deslocalizados

TecnologiacuteaSony comercializoacute la primer bateriacutea de Ion Li en 1991

En 2011 las bateriacuteas de ion-Li abarcaron el 66 de todas las bateriacuteas recargables en Japoacuten

iquestPor queacute pensar HOY en Bateriacuteas de Litio

Ambiente

1832-1930 2030

iquestPor queacute pensar HOY en Bateriacuteas de Litio

Ambientey

EnergiacuteaCO2

ldquo0rdquo emision

90 eficiencia

Enficiencia gt 40 oacute gt70

Eficiencia - 50-60

Eficiencia lt 25

CO2

etc

Bio-fuel y Petroleo Baja Eficiencia

iquestPor queacute pensar HOY en Bateriacuteas de Litio

Una bateriacutea de ion-Litio require 03 Kg de metal Li o 14 and 15 kg of Li2CO3 por kWh de capacidad de bateriacutea

Auto hiacutebrido promedio utiliza unos 5-20 kWh en bateriacuteas Esto es 15 kg of Litio o 7 kg of Li2CO3 por auto

Un auto totalmente eleacutectrico require bateriacuteas de 90 kWh Esto es 3 kg de Litio o 13 kg de Li2CO3 por auto

El precio de las bateriacuteas de ion-litio va desde 300 ndash 800 u$s kWh (comparada a 50-100 u$s kWh para la tecnologiacutea de Plomo aacutecido)

Distribucioacuten geograacutefica del Litio

Salares

Minerales

Bolivia

Chile

Argentina

Yacimientos en Bolivia ndash Chile ndash ArgentinaEn nuestros Salares aprox 80 de los recursos mundiales

Yacimientos de Salares en LatinoameacutericaldquoTriaacutengulo del Litiordquo Argentina - Bolivia - Chile

Salar de Uyuni Bolivia Salar de Atacama

Chile

Salar del Hombre Muerto Argentina

Ambiente de los salares

iquestImpacto en el ambiente

La Negra ChilePlanta

en Salta

Bateriacuteas comerciales de ioacuten-litio

Bateriacutea 18650

Bateriacuteas prismaacuteticas

ldquopackrdquo para notebook

Bateriacutea de ioacuten-litio

Bateriacutea de ioacuten-litio

Anodo Construido sobre una laacutemina de Cobre de 10-20 mm de espesor

Caacutetodo Construido sobre una laacutemina de Aluminio de 10-20 mm de espesor

Bateriacutea 18650 37 V 2100 mAh

Bateriacuteas Recargables de ioacuten Li+ en uso actual

CaacutetodoLiXCoO2

AnodoLiXC6

Solucioacuten de Electrolito Etilen-Carbonato amp Di-Metil Carbonato LiPF6 Voltaje 37 V Densidad de Energiacutea 150 WhKg

CathodeSurface films

AnodeSurface films

D Aurbach et Al Materials Today 2014

Anodos para Bateriacuteas recargables de ioacuten-Li

Li4Ti5O12 + 3Li+ + 3 e- harr Li7Ti5O12

Li1-xC6 + xLi+ + x e- harr LiC6

MX + 2eminus + 2Li+ M + Li2X

MX2 + eminus + Li+ + LiMX2

Insercioacuten

Conversioacuten

Capacidad Praacutectica 160 mAhg

LiC6

LiC12

Grafito

Oxido de Titanio

Anodos importantes en uso Compuestos de intercalacioacuten

Sn + xe- + xLi+ lt=gt LixSn x 44 gt900 mAhgSi + xe- + xLi+ lt=gt LixSi x 44 gt4000 mAhg

Problema se necesitan Nano estructuras

Capacidad Praacutectica 330 mAhg

12

16

20

240 50 100 150 50 100 150

12

16

20

24

Voltag

e V

vs LiL

i+

Capacity mAhg-1

0 100 200 30000

04

08

12

100 200 30000

04

08

12

Voltag

e V

vs LiL

i+

Capacity mAhg-1

iquestY nosotros queacute podemos hacerDesarrollo de nuevos materiales

- Preparacioacuten de materiales- Caracterizacioacuten- Estudios Teoacutericos y Simulaciones

Desarrollo de nuevos materiales- Preparacioacuten de materiales- Caracterizacioacuten- Estudios Teoacutericos y Simulaciones

iquestY nosotros queacute podemos hacer

Metodologiacutea de trabajo Siacutentesis de materiales activos

Caracterizacioacuten estructural y morfoloacutegica

Ensamble de celda y caracterizacioacuten electroquiacutemica

ModeloTeoacuterico

Simulacioacuten Computacional

Anaacutelisis e Interpretacioacuten

Estudios Teoacutericos

Estudios Experimentales

Liacuteneas de trabajo en el LaES

- Desarrollo y caracterizacioacuten de materiales para aacutenodos Basados en Carbono Titanatos de litio Silicio y Estantildeo

- Desarrollo y caracterizacioacuten de materiales para caacutetodos Basados en Azufre

- Simulaciones computacionalesInsercioacuten de iones litio en grafito y titanatos de litioModelado de materiales de carbonos porosos(Dinaacutemica Molecular Teoriacutea DFT Mecaacutenica

Estadiacutestica Montecarlo)

iexclMuchas gracias

laeslabuncgmailcom

Algunos temas de trabajo- Materiales hiacutebridos basados en carbono como electrodos para bateriacuteas de Li

Dra Guillermina Luque

- Agregado de aditivos y modificacioacuten de separadores para mejorar la performance de baterias de litio-azufre Dr Germaacuten Lener Dra Andrea Calderoacuten Dra Victoria Bracamonte

- Construccioacuten y caracterizacioacuten experimental y teoacuterica de dispositivos de conversioacuten fotovoltaica basados en perovskitas de halogenuros organometaacutelicos

Dr Agustiacuten Sigal

- Trabajo experimental y teoacuterico de materiales para electrodos de bateriacuteas azufre-litio y ioacuten-litio

Dr Germaacuten Lener Dr Agustiacuten Sigal

Algunos temas de trabajo- Estudios de la insercioacuten de iones de Li en compuestos de intercalacioacuten utilizados como electrodos de celdas de ion-Li

Dr Eduardo Perassi

- Caacutelculos ab-initio y simulaciones computacionales de sistemas relacionados con bateriacuteas de Litio celdas de combustible y adsorcioacuten sobre superficies Dra Cecilia Gimenez y Dr Luis Reinaudi

- Materiales activos de electrodo basados en oacutexidos de titanio y titanatos de metales alcalinos para su aplicacioacuten como aacutenodos en bateriacuteas de ioacuten-litio

Dr Osvaldo Caacutemara y Dra Fabiana Oliva

- Partiacuteculas aislantes vs partiacuteculas conductoras Efectos de la percolacioacuten en la conduccioacuten eleacutectrica

Dr Patricio Veacutelez

Algunas estrategias de ensamble

pero no solo para

automoacutevileshellip

iquesthogares sutentables

Vectores - Oportunidades = Litio (como bateriacuteas de Litio)

bullBateriacuteas de ion-Li En 2007 se produjeron mundialmente 2500000000 de bateriacuteas de Li

Se proyecta una utilizacioacuten de 20000 t en la fabricacioacuten de bateriacuteas para vehiacuteculos eleacutectricos cuya produccioacuten estimada es de 500000 vehiacuteculos eleacutectricos en 2015 y 15 millones en 2020 Se consumen actualmente 100000 toneladas en el mercado mundial

Ameacuterica Latina concentra entre el 50 y el 80 de las reservas mundiales (Bolivia Chile Argentina)

El Litio es un material no contaminante (en todo caso antidepresivo)

Tecnologiacutea Madura

Bateriacutea de Cinc-Cobre Reacciones Reacutedox

Cu+2 + 2e rarr Cu Reduccioacuten Zn rarr Zn+2 + 2e Oxidacioacuten

Proceso netoCu+2 + Zn rarr Cu + Zn+2 11 Volts

Proceso Electroquiacutemico

Clasificacioacuten General

a)Bateriacuteas productoras de Energiacutea Bateriacuteas ldquoPrimariasrdquo

- Cinc-Carboacuten (comuacuten)- Cinc-Carboacuten Alcalinas- Tipo ldquobotoacutenrdquo (de reloj)

b) Bateriacuteas de almacenamiento de Energiacutea Bateriacuteas ldquoSecundariasrdquo o ldquoRecargablesrdquo

- Plomo-aacutecido- Niacutequel-Cadmio- Niacutequel-Metal hidruro- Litio metaacutelico (en desuso)- Ioacuten-Litio

Utiles como Vectores Energeacuteticos

Un solo uso

Quiacutemica de las Bateriacuteas mas comunes

1) ldquoPilardquo de Leclancheacute o ldquopila secardquo Cinc-carbon (Zn-C)

Zn (metal) pasta de NH4ClndashZnCl2 oacutexido de manganeso + carboacuten grafitoelectrodo (-) electrodo (+)

REACCIONES

Zn Zn2+(ac) + 2 e

ndash Anodo (-)

2 MnO2(s) + 2endash + hellip 2 MnO(OH)(s) + Caacutetodo (+)

Diferencia de Potencial Eleacutectrico

Voltaje 150 Volts

Bateriacuteas ldquoPrimariasrdquo

Aacutenodo de grafitoproceso de cargado

Colector de corriente

Grafeno

Nube de electrones

Bateriacutea de ion-litio

Anodo Construido sobre una laacutemina de Cobre de 10-20 mm de espesor

Caacutetodo Construido sobre una laacutemina de Aluminio de 10-20 mm de espesor

Bateriacutea 18650 37 V 2100 mAh

bullBateriacuteas de ion-Li En 2007 se produjeron mundialmente 2500000000 de bateriacuteas de Li

Se proyecta una utilizacioacuten de 20000 t de Litio en la fabricacioacuten de bateriacuteas para vehiacuteculos eleacutectricos cuya produccioacuten estimada es de 500000 vehiacuteculos eleacutectricos en 2015 y 15 millones en 2020 Se consumen actualmente 100000 toneladas en el mercado mundial

Ameacuterica Latina concentra entre el 50 y el 70 de las reservas mundiales (Bolivia Chile Argentina)

El Li es un material no contaminante(en todo caso antidepresivo)

Tecnologiacutea Madura

Datos Interesantes

Energiacuteas especiacuteficas

Minerales conteniendo Litio

54

Ocurrencia Li en la corteza terrestre 0006 (entre los 27 mas abundantes) Se conocen mas de 150 minerales portadores de Li

Yacimientos Minerales de Pegmatitas Presente en magmas de baja viscosidad Pegmatitas de estructura zonada Se encuentra junto a Casiterita Berilo Apatita Columbita Granate Turmalina Feldespato Cuarzo Micas y otros

Salmueras Naturales Lagos salinos y salares Yacimientos de evaporacioacuten (minerales evaporiacuteticos) Alta solubilidad del Cloruro de Li Zonas aacuteridas

Imagen Nombre Foacutermula de Li2O

Espodumeno Li2O Al2O34SiO2

(PF 37620)804

(37 Li)

Lepidolita Li2AlSi4O10(FOH)(PF 37334)

3 ndash 6(37 Li)

Zinnwaldita KLiFeAl2Si3O10(OHF)(PF 42011)

2 ndash 4(17 Li)

Ambligonita Li Al(FOH)PO4

(PF 14587)101

(48 Li)

Tipos de Minerales

- Explotacioacuten extraccioacuten de aguas subterraacuteneas salinas- Procesamiento - Bombeo de salmueras (conteniendo 300 - 1500 ppm Li+) - Evaporacioacuten y Concentracioacuten de Litio (aprox factor gt10) - Purificacioacuten de salmueras Agregado de Ca(OH)2

separacioacuten de Mg(OH)2 boacuterax sulfatos

- Adicioacuten de Na2CO3 obtencioacuten de Li2CO3

Recuperacioacuten de aprox 90 de Li de la salmuera inicialSubproductos KCl CaSO4 2H2O(yeso) Mg(OH)2 Boacuterax

Obtencioacuten de Litio desde los Salares

Li2CO3

Reservas de Litio a nivel global

Reservas desde salares

Ameacuterica del sur guarda el 75 de las reservas de Litio mundiales

iquestFuturo de las bateriacuteas de Ion-LibullBateriacuteas de litio-aire

iquestFuturo de las bateriacuteas de Ion-LibullBateriacuteas de litio-aire

Algunas conclusiones El almacenamiento de energiacutea hoy juega un rol determinante para reemplazar el petroacuteleo con energiacuteas alternativas

El desarrollo del aacutenodo de grafito significoacute un profundo salto en el desarrollo de las bateriacuteas de litio

Por su versatilidad la bateriacutea de ioacuten-litio puede satisfacer necesidades de requerimientos muy variados

Hoy es posible desarrollar e investigar bateriacuteas de ion-Li en la Argentina

Particularmente en nuestra universidad se estaacute investigando en el disentildeo estudio y preparacioacuten de materiales alternativos para electrodos de estas bateriacuteas

Litio

66

Siacutembolo quiacutemico LiNuacutemero Atoacutemico (Z) 3Elemento perteneciente al Grupo I Metales Alcalinos (1s2 2s1)Peso Atoacutemico 6941 umaEs el elemento metaacutelico maacutes liviano que existe a temperatura ambiente Soacutelido a temperatura ambienteIsoacutetopos 6 Li Abundancia 742 No Radioactivo

7 Li Abundancia 9258 No Radioactivo 5 Li 8 Li 9Li Isoacutetopos artificiales

Estado de Oxidacioacuten 1+ (catioacuten Li+)Radio atoacutemico 0152 nm (metal)Radio ioacutenico (Li+) 0060 nm

Caracteriacuteticas

67

Metal blanco lustre plateado y dureza de 06 (maacutes blando que el plomo) Densidad alrededor de la mitad del aguaEs altamente reactivo y se asemeja al sodio en su comportamiento quiacutemico El Cloruro de Litio es muy soluble en agua Los Carbonatos Fluoruros y Fosfatos de litio son muy poco solubles en agua Reacciona muy raacutepidamente con el aire (O2 y N2) y con agua

Debe ser almacenado sumergido en un liacutequido orgaacutenico (hidrocarburo) como nafta kerosene etc El metal arde fuertemente en aire con llama blanca brillante Las soluciones acuosas de Li+ imparten un color rojo carmesiacute a la llama

Litio y derivadosArbol de Litio

Ton Li 2CO

3

Uso proyectado en celulares

Yacimientos de minerales en Argentina

Pegmatitas Sierras Pampeanas San Luis CoacuterdobaSan Juan La Rioja Catamarca Salta Jujuy

Tipos de Minerales Silicatos Espodumeno LiAlSi2O6 (75 a 8 LiO2)

Petalita LiAlSi4O10

Micas Lepidolita K[LiAl]3[AlSi]4O10[FOH]2

Zinwaldita K[LiAlFe]3[AlSi]4O10[FOH]2

Fosfatos Litiofilita (MnLi)PO4

Ambligonita (LiNa)Al(FOH)PO4

Yacimientos en Argentina

Salares y Salmueras NaturalesZona de la Puna Salta Jujuy y Catamarca

Jujuy

Salta

Catamarca

Ambiente de los salares

iquestImpacto en el ambiente

La Negra ChilePlanta

en Salta

- La existencia de costras soacutelidas de sal es soacutelo una caracteriacutestica superficial que estaacute presente en algunos salares pero no es representativa de la complejidad del sistema

- Un salar tiene asociado un cuerpo subterraacuteneo de salmuera que lo alimenta y tiene diferentes lsquofaciesrsquo de sales en profundidad como cloruro de sodio (halita) cloruros y sulfatos de potasio y magnesio y otros sulfatos y carbonatos

Geologiacutea de un Salar

Produccioacuten Global de litio(en metal equivalente)

- La existencia de costras soacutelidas de sal es soacutelo una caracteriacutestica superficial que estaacute presente en algunos salares pero no es representativa de la complejidad del sistema

- Un salar tiene asociado un cuerpo subterraacuteneo de salmuera que lo alimenta y tiene diferentes lsquofaciesrsquo de sales en profundidad como cloruro de sodio (halita) cloruros y sulfatos de potasio y magnesio y otros sulfatos y carbonatos

Geologiacutea de un Salar

Aspectos de relevanciaConsumo y contaminacioacuten de agua impactos en el paisaje introduccioacuten de caminos de exploracioacuten en ecosistemas sensibles instalacioacuten de infraestructura impacto en la flora y fauna de la actividad industrial donde antes no la habiacutea generacioacuten de residuos soacutelidos y quiacutemicos

La salmuera es bombeada mediante perforaciones y luego se la expone al sol para

evaporar el liacutequido y concentrar los componentes de intereacutes La concentracioacuten de litio en las salmueras es baja y variacutea dentro de

cada salar y entre los distintos salares fluctuando entre unas pocas decenas de partes por milloacuten y poco maacutes de mil de acuerdo con

estos valores puede estimarse que por cada tonelada de litio extraiacuteda se evaporan alrededor

de dos millones de litros de agua clara evidencia de que la mineriacutea del litio en salares es

una mineriacutea del agua

iquestA quieacuten impacta

ldquoNo puede ni debe realizarse ninguacuten tipo de actividad minera sin el consentimiento libre previo e informado de las comunidades involucradasrdquo

Y nosotros que podemos hacerDesarrollo de nuevos materialesPreparacioacuten de materiales

CaracterizacioacutenEstudios Teoacutericos

Y nosotros que podemos hacerDesarrollo de nuevos materialesPreparacioacuten de materiales

CaracterizacioacutenEstudios Teoacutericos

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Page 3: Presentación de PowerPoint - famaf.unc.edu.ar · Oxido de Titanio Anodos importantes en uso Compuestos de intercalación Sn + xe-+ xLi+  Li ... Ensamble de celda y caracterización

Motivaciones para el desarrollo de una sociedad

1- SustentabilidadldquoEl desarrollo que satisface las necesidades del presente sin

comprometer la capacidad de las generaciones futuras de satisfacer las

suyasrdquo

Motivaciones

2- Calentamiento global

httpwwwoilcrisiscomsummaryhtm

Producido por gases que producen efecto invernadero sobre todo CO2

Motivaciones calentamiento global

httpwwwoilcrisiscomsummaryhtm

PERO EL CALENTAMIENTO GLOBAL A VA TERMINARhellip

Motivaciones 3- Pico de produccioacuten de petroacuteleo

httpgasprices-usacom httpwwwoilcrisiscomsummaryhtm

US Energy Information Administration 2009

IMPORTANCIA DE LOS VECTORES ENERGETICOS

Las ENERGIacuteAS SUSTENTABLES emergentes

(solar eoacutelica etc) son DISCONTINUAS

Es necesario su ALMACENAMIENTO

Vectores EnergeacuteticosSe llama vectores energeacuteticos a aquellas sustancias o dispositivos que almacenan energiacutea de tal manera que eacutesta pueda liberarse posteriormente de forma controlada

Se diferencian de las fuentes primarias de energiacutea en que a diferencia de eacutestas se trata de productos manufacturados en los que previamente se ha invertido una cantidad de energiacutea mayor para su elaboracioacuten

Vectores - Bateriacuteas recargables (de ioacuten-litio)- Hidroacutegeno (uso en celdas de combustible)- Otroshelliphellip

BateriacuteasiquestSon nuevas las bateriacuteas

Imperio Parto (247 AC ndash 224 DC) 2000 antildeos de antiguumledadUna jarra de arcilla estaba llena con una solucioacuten de vinagre en la que se ubicaba una barra de hierro rodeadas por un cilindro de cobre Diferencia de potencial de 11 a 2 Voltios

Bagdad - 1936

Alessandro Volta

Cinc = -076 V

Plomo = -013 V

Estantildeo = -107 V

Hierro = -004 V

Cobre = 0159 V

Plata = 198 V

Oro = 183 V

Carbon = 013 V

Luigi Galvani (1780) ldquoelectricidad animalrdquo o

ldquofluido nerveo eleacutectricordquo

ldquopilardquo de Volta (1796)

Bateriacuteas ldquoRecargablesrdquo proceso electroquiacutemico reversible

1)Bateriacutea de Plomo-aacutecido (PbH2SO4)

Pb (metal) H2SO4(ac) oacutexido de plomo (PbO2)electrodo (-) electrodo (+)

REACCIONES

Pb + H2SO4(ac) PbSO4(s) + 2H+ + 2e- Anodo (-)

PbO2(s) + H2SO4(ac) + 2H+ + 2endash PbSO4(s) + 2H2O Caacutetodo (+)

Proceso Neto (descarga)

Pb + PbO2(s) + 2H2SO4(ac) 2PbSO4(s) + 2H2O

Voltaje 21 - 22 V

2) Bateriacutea de Litio metaacutelico Li oacutexido metaacutelico

Li (metal) solvente orgaacutenico oacutexido de metal (Co Ni Mn)electrodo (-) electrodo (+)

REACCIONES Li(metaacutelico) Li+ + e- Anodo (-)

CoO2(s) + Li+ + endash LiCoO2(s) Caacutetodo (+)

Proceso Neto (descarga) Li + CoO2(s) LiCoO2(s) 37 - 39 V

Proceso de Recarga LiCoO2(s) Li + CoO2(s)

SistemaSelladoaislado de 02 y agua

Problemas del aacutenodo de litio metal

Aacutenodo Litio

metal(-)

Caacutetodo(+)

Electrolito

Crecimiento de dendritas durante los ciclos de recarga

Separador

3) Bateriacutea de ioacuten-Litio C6(Li) oacutexido metaacutelico

Grafito(Li+) solv orgaacutenico + sal de litio oacutexido de metal (Co Ni Mn)electrodo (-) electrodo (+)

REACCIONES C6-(Li+) C6 + Li+ + e- Anodo (-)

CoO2(s) + Li+ + endash LiCoO2(s) Caacutetodo (+)

Proceso Neto (descarga) C6(Li) + CoO2(s) C6 + LiCoO2(s) 36-37 V

Proceso de Recarga C6 + LiCoO2(s) C6(Li) + CoO2(s)

SistemaSellado

Aacutenodo de grafito (C6)

Orbitales deslocalizados

TecnologiacuteaSony comercializoacute la primer bateriacutea de Ion Li en 1991

En 2011 las bateriacuteas de ion-Li abarcaron el 66 de todas las bateriacuteas recargables en Japoacuten

iquestPor queacute pensar HOY en Bateriacuteas de Litio

Ambiente

1832-1930 2030

iquestPor queacute pensar HOY en Bateriacuteas de Litio

Ambientey

EnergiacuteaCO2

ldquo0rdquo emision

90 eficiencia

Enficiencia gt 40 oacute gt70

Eficiencia - 50-60

Eficiencia lt 25

CO2

etc

Bio-fuel y Petroleo Baja Eficiencia

iquestPor queacute pensar HOY en Bateriacuteas de Litio

Una bateriacutea de ion-Litio require 03 Kg de metal Li o 14 and 15 kg of Li2CO3 por kWh de capacidad de bateriacutea

Auto hiacutebrido promedio utiliza unos 5-20 kWh en bateriacuteas Esto es 15 kg of Litio o 7 kg of Li2CO3 por auto

Un auto totalmente eleacutectrico require bateriacuteas de 90 kWh Esto es 3 kg de Litio o 13 kg de Li2CO3 por auto

El precio de las bateriacuteas de ion-litio va desde 300 ndash 800 u$s kWh (comparada a 50-100 u$s kWh para la tecnologiacutea de Plomo aacutecido)

Distribucioacuten geograacutefica del Litio

Salares

Minerales

Bolivia

Chile

Argentina

Yacimientos en Bolivia ndash Chile ndash ArgentinaEn nuestros Salares aprox 80 de los recursos mundiales

Yacimientos de Salares en LatinoameacutericaldquoTriaacutengulo del Litiordquo Argentina - Bolivia - Chile

Salar de Uyuni Bolivia Salar de Atacama

Chile

Salar del Hombre Muerto Argentina

Ambiente de los salares

iquestImpacto en el ambiente

La Negra ChilePlanta

en Salta

Bateriacuteas comerciales de ioacuten-litio

Bateriacutea 18650

Bateriacuteas prismaacuteticas

ldquopackrdquo para notebook

Bateriacutea de ioacuten-litio

Bateriacutea de ioacuten-litio

Anodo Construido sobre una laacutemina de Cobre de 10-20 mm de espesor

Caacutetodo Construido sobre una laacutemina de Aluminio de 10-20 mm de espesor

Bateriacutea 18650 37 V 2100 mAh

Bateriacuteas Recargables de ioacuten Li+ en uso actual

CaacutetodoLiXCoO2

AnodoLiXC6

Solucioacuten de Electrolito Etilen-Carbonato amp Di-Metil Carbonato LiPF6 Voltaje 37 V Densidad de Energiacutea 150 WhKg

CathodeSurface films

AnodeSurface films

D Aurbach et Al Materials Today 2014

Anodos para Bateriacuteas recargables de ioacuten-Li

Li4Ti5O12 + 3Li+ + 3 e- harr Li7Ti5O12

Li1-xC6 + xLi+ + x e- harr LiC6

MX + 2eminus + 2Li+ M + Li2X

MX2 + eminus + Li+ + LiMX2

Insercioacuten

Conversioacuten

Capacidad Praacutectica 160 mAhg

LiC6

LiC12

Grafito

Oxido de Titanio

Anodos importantes en uso Compuestos de intercalacioacuten

Sn + xe- + xLi+ lt=gt LixSn x 44 gt900 mAhgSi + xe- + xLi+ lt=gt LixSi x 44 gt4000 mAhg

Problema se necesitan Nano estructuras

Capacidad Praacutectica 330 mAhg

12

16

20

240 50 100 150 50 100 150

12

16

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24

Voltag

e V

vs LiL

i+

Capacity mAhg-1

0 100 200 30000

04

08

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100 200 30000

04

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Voltag

e V

vs LiL

i+

Capacity mAhg-1

iquestY nosotros queacute podemos hacerDesarrollo de nuevos materiales

- Preparacioacuten de materiales- Caracterizacioacuten- Estudios Teoacutericos y Simulaciones

Desarrollo de nuevos materiales- Preparacioacuten de materiales- Caracterizacioacuten- Estudios Teoacutericos y Simulaciones

iquestY nosotros queacute podemos hacer

Metodologiacutea de trabajo Siacutentesis de materiales activos

Caracterizacioacuten estructural y morfoloacutegica

Ensamble de celda y caracterizacioacuten electroquiacutemica

ModeloTeoacuterico

Simulacioacuten Computacional

Anaacutelisis e Interpretacioacuten

Estudios Teoacutericos

Estudios Experimentales

Liacuteneas de trabajo en el LaES

- Desarrollo y caracterizacioacuten de materiales para aacutenodos Basados en Carbono Titanatos de litio Silicio y Estantildeo

- Desarrollo y caracterizacioacuten de materiales para caacutetodos Basados en Azufre

- Simulaciones computacionalesInsercioacuten de iones litio en grafito y titanatos de litioModelado de materiales de carbonos porosos(Dinaacutemica Molecular Teoriacutea DFT Mecaacutenica

Estadiacutestica Montecarlo)

iexclMuchas gracias

laeslabuncgmailcom

Algunos temas de trabajo- Materiales hiacutebridos basados en carbono como electrodos para bateriacuteas de Li

Dra Guillermina Luque

- Agregado de aditivos y modificacioacuten de separadores para mejorar la performance de baterias de litio-azufre Dr Germaacuten Lener Dra Andrea Calderoacuten Dra Victoria Bracamonte

- Construccioacuten y caracterizacioacuten experimental y teoacuterica de dispositivos de conversioacuten fotovoltaica basados en perovskitas de halogenuros organometaacutelicos

Dr Agustiacuten Sigal

- Trabajo experimental y teoacuterico de materiales para electrodos de bateriacuteas azufre-litio y ioacuten-litio

Dr Germaacuten Lener Dr Agustiacuten Sigal

Algunos temas de trabajo- Estudios de la insercioacuten de iones de Li en compuestos de intercalacioacuten utilizados como electrodos de celdas de ion-Li

Dr Eduardo Perassi

- Caacutelculos ab-initio y simulaciones computacionales de sistemas relacionados con bateriacuteas de Litio celdas de combustible y adsorcioacuten sobre superficies Dra Cecilia Gimenez y Dr Luis Reinaudi

- Materiales activos de electrodo basados en oacutexidos de titanio y titanatos de metales alcalinos para su aplicacioacuten como aacutenodos en bateriacuteas de ioacuten-litio

Dr Osvaldo Caacutemara y Dra Fabiana Oliva

- Partiacuteculas aislantes vs partiacuteculas conductoras Efectos de la percolacioacuten en la conduccioacuten eleacutectrica

Dr Patricio Veacutelez

Algunas estrategias de ensamble

pero no solo para

automoacutevileshellip

iquesthogares sutentables

Vectores - Oportunidades = Litio (como bateriacuteas de Litio)

bullBateriacuteas de ion-Li En 2007 se produjeron mundialmente 2500000000 de bateriacuteas de Li

Se proyecta una utilizacioacuten de 20000 t en la fabricacioacuten de bateriacuteas para vehiacuteculos eleacutectricos cuya produccioacuten estimada es de 500000 vehiacuteculos eleacutectricos en 2015 y 15 millones en 2020 Se consumen actualmente 100000 toneladas en el mercado mundial

Ameacuterica Latina concentra entre el 50 y el 80 de las reservas mundiales (Bolivia Chile Argentina)

El Litio es un material no contaminante (en todo caso antidepresivo)

Tecnologiacutea Madura

Bateriacutea de Cinc-Cobre Reacciones Reacutedox

Cu+2 + 2e rarr Cu Reduccioacuten Zn rarr Zn+2 + 2e Oxidacioacuten

Proceso netoCu+2 + Zn rarr Cu + Zn+2 11 Volts

Proceso Electroquiacutemico

Clasificacioacuten General

a)Bateriacuteas productoras de Energiacutea Bateriacuteas ldquoPrimariasrdquo

- Cinc-Carboacuten (comuacuten)- Cinc-Carboacuten Alcalinas- Tipo ldquobotoacutenrdquo (de reloj)

b) Bateriacuteas de almacenamiento de Energiacutea Bateriacuteas ldquoSecundariasrdquo o ldquoRecargablesrdquo

- Plomo-aacutecido- Niacutequel-Cadmio- Niacutequel-Metal hidruro- Litio metaacutelico (en desuso)- Ioacuten-Litio

Utiles como Vectores Energeacuteticos

Un solo uso

Quiacutemica de las Bateriacuteas mas comunes

1) ldquoPilardquo de Leclancheacute o ldquopila secardquo Cinc-carbon (Zn-C)

Zn (metal) pasta de NH4ClndashZnCl2 oacutexido de manganeso + carboacuten grafitoelectrodo (-) electrodo (+)

REACCIONES

Zn Zn2+(ac) + 2 e

ndash Anodo (-)

2 MnO2(s) + 2endash + hellip 2 MnO(OH)(s) + Caacutetodo (+)

Diferencia de Potencial Eleacutectrico

Voltaje 150 Volts

Bateriacuteas ldquoPrimariasrdquo

Aacutenodo de grafitoproceso de cargado

Colector de corriente

Grafeno

Nube de electrones

Bateriacutea de ion-litio

Anodo Construido sobre una laacutemina de Cobre de 10-20 mm de espesor

Caacutetodo Construido sobre una laacutemina de Aluminio de 10-20 mm de espesor

Bateriacutea 18650 37 V 2100 mAh

bullBateriacuteas de ion-Li En 2007 se produjeron mundialmente 2500000000 de bateriacuteas de Li

Se proyecta una utilizacioacuten de 20000 t de Litio en la fabricacioacuten de bateriacuteas para vehiacuteculos eleacutectricos cuya produccioacuten estimada es de 500000 vehiacuteculos eleacutectricos en 2015 y 15 millones en 2020 Se consumen actualmente 100000 toneladas en el mercado mundial

Ameacuterica Latina concentra entre el 50 y el 70 de las reservas mundiales (Bolivia Chile Argentina)

El Li es un material no contaminante(en todo caso antidepresivo)

Tecnologiacutea Madura

Datos Interesantes

Energiacuteas especiacuteficas

Minerales conteniendo Litio

54

Ocurrencia Li en la corteza terrestre 0006 (entre los 27 mas abundantes) Se conocen mas de 150 minerales portadores de Li

Yacimientos Minerales de Pegmatitas Presente en magmas de baja viscosidad Pegmatitas de estructura zonada Se encuentra junto a Casiterita Berilo Apatita Columbita Granate Turmalina Feldespato Cuarzo Micas y otros

Salmueras Naturales Lagos salinos y salares Yacimientos de evaporacioacuten (minerales evaporiacuteticos) Alta solubilidad del Cloruro de Li Zonas aacuteridas

Imagen Nombre Foacutermula de Li2O

Espodumeno Li2O Al2O34SiO2

(PF 37620)804

(37 Li)

Lepidolita Li2AlSi4O10(FOH)(PF 37334)

3 ndash 6(37 Li)

Zinnwaldita KLiFeAl2Si3O10(OHF)(PF 42011)

2 ndash 4(17 Li)

Ambligonita Li Al(FOH)PO4

(PF 14587)101

(48 Li)

Tipos de Minerales

- Explotacioacuten extraccioacuten de aguas subterraacuteneas salinas- Procesamiento - Bombeo de salmueras (conteniendo 300 - 1500 ppm Li+) - Evaporacioacuten y Concentracioacuten de Litio (aprox factor gt10) - Purificacioacuten de salmueras Agregado de Ca(OH)2

separacioacuten de Mg(OH)2 boacuterax sulfatos

- Adicioacuten de Na2CO3 obtencioacuten de Li2CO3

Recuperacioacuten de aprox 90 de Li de la salmuera inicialSubproductos KCl CaSO4 2H2O(yeso) Mg(OH)2 Boacuterax

Obtencioacuten de Litio desde los Salares

Li2CO3

Reservas de Litio a nivel global

Reservas desde salares

Ameacuterica del sur guarda el 75 de las reservas de Litio mundiales

iquestFuturo de las bateriacuteas de Ion-LibullBateriacuteas de litio-aire

iquestFuturo de las bateriacuteas de Ion-LibullBateriacuteas de litio-aire

Algunas conclusiones El almacenamiento de energiacutea hoy juega un rol determinante para reemplazar el petroacuteleo con energiacuteas alternativas

El desarrollo del aacutenodo de grafito significoacute un profundo salto en el desarrollo de las bateriacuteas de litio

Por su versatilidad la bateriacutea de ioacuten-litio puede satisfacer necesidades de requerimientos muy variados

Hoy es posible desarrollar e investigar bateriacuteas de ion-Li en la Argentina

Particularmente en nuestra universidad se estaacute investigando en el disentildeo estudio y preparacioacuten de materiales alternativos para electrodos de estas bateriacuteas

Litio

66

Siacutembolo quiacutemico LiNuacutemero Atoacutemico (Z) 3Elemento perteneciente al Grupo I Metales Alcalinos (1s2 2s1)Peso Atoacutemico 6941 umaEs el elemento metaacutelico maacutes liviano que existe a temperatura ambiente Soacutelido a temperatura ambienteIsoacutetopos 6 Li Abundancia 742 No Radioactivo

7 Li Abundancia 9258 No Radioactivo 5 Li 8 Li 9Li Isoacutetopos artificiales

Estado de Oxidacioacuten 1+ (catioacuten Li+)Radio atoacutemico 0152 nm (metal)Radio ioacutenico (Li+) 0060 nm

Caracteriacuteticas

67

Metal blanco lustre plateado y dureza de 06 (maacutes blando que el plomo) Densidad alrededor de la mitad del aguaEs altamente reactivo y se asemeja al sodio en su comportamiento quiacutemico El Cloruro de Litio es muy soluble en agua Los Carbonatos Fluoruros y Fosfatos de litio son muy poco solubles en agua Reacciona muy raacutepidamente con el aire (O2 y N2) y con agua

Debe ser almacenado sumergido en un liacutequido orgaacutenico (hidrocarburo) como nafta kerosene etc El metal arde fuertemente en aire con llama blanca brillante Las soluciones acuosas de Li+ imparten un color rojo carmesiacute a la llama

Litio y derivadosArbol de Litio

Ton Li 2CO

3

Uso proyectado en celulares

Yacimientos de minerales en Argentina

Pegmatitas Sierras Pampeanas San Luis CoacuterdobaSan Juan La Rioja Catamarca Salta Jujuy

Tipos de Minerales Silicatos Espodumeno LiAlSi2O6 (75 a 8 LiO2)

Petalita LiAlSi4O10

Micas Lepidolita K[LiAl]3[AlSi]4O10[FOH]2

Zinwaldita K[LiAlFe]3[AlSi]4O10[FOH]2

Fosfatos Litiofilita (MnLi)PO4

Ambligonita (LiNa)Al(FOH)PO4

Yacimientos en Argentina

Salares y Salmueras NaturalesZona de la Puna Salta Jujuy y Catamarca

Jujuy

Salta

Catamarca

Ambiente de los salares

iquestImpacto en el ambiente

La Negra ChilePlanta

en Salta

- La existencia de costras soacutelidas de sal es soacutelo una caracteriacutestica superficial que estaacute presente en algunos salares pero no es representativa de la complejidad del sistema

- Un salar tiene asociado un cuerpo subterraacuteneo de salmuera que lo alimenta y tiene diferentes lsquofaciesrsquo de sales en profundidad como cloruro de sodio (halita) cloruros y sulfatos de potasio y magnesio y otros sulfatos y carbonatos

Geologiacutea de un Salar

Produccioacuten Global de litio(en metal equivalente)

- La existencia de costras soacutelidas de sal es soacutelo una caracteriacutestica superficial que estaacute presente en algunos salares pero no es representativa de la complejidad del sistema

- Un salar tiene asociado un cuerpo subterraacuteneo de salmuera que lo alimenta y tiene diferentes lsquofaciesrsquo de sales en profundidad como cloruro de sodio (halita) cloruros y sulfatos de potasio y magnesio y otros sulfatos y carbonatos

Geologiacutea de un Salar

Aspectos de relevanciaConsumo y contaminacioacuten de agua impactos en el paisaje introduccioacuten de caminos de exploracioacuten en ecosistemas sensibles instalacioacuten de infraestructura impacto en la flora y fauna de la actividad industrial donde antes no la habiacutea generacioacuten de residuos soacutelidos y quiacutemicos

La salmuera es bombeada mediante perforaciones y luego se la expone al sol para

evaporar el liacutequido y concentrar los componentes de intereacutes La concentracioacuten de litio en las salmueras es baja y variacutea dentro de

cada salar y entre los distintos salares fluctuando entre unas pocas decenas de partes por milloacuten y poco maacutes de mil de acuerdo con

estos valores puede estimarse que por cada tonelada de litio extraiacuteda se evaporan alrededor

de dos millones de litros de agua clara evidencia de que la mineriacutea del litio en salares es

una mineriacutea del agua

iquestA quieacuten impacta

ldquoNo puede ni debe realizarse ninguacuten tipo de actividad minera sin el consentimiento libre previo e informado de las comunidades involucradasrdquo

Y nosotros que podemos hacerDesarrollo de nuevos materialesPreparacioacuten de materiales

CaracterizacioacutenEstudios Teoacutericos

Y nosotros que podemos hacerDesarrollo de nuevos materialesPreparacioacuten de materiales

CaracterizacioacutenEstudios Teoacutericos

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Page 4: Presentación de PowerPoint - famaf.unc.edu.ar · Oxido de Titanio Anodos importantes en uso Compuestos de intercalación Sn + xe-+ xLi+  Li ... Ensamble de celda y caracterización

Motivaciones

2- Calentamiento global

httpwwwoilcrisiscomsummaryhtm

Producido por gases que producen efecto invernadero sobre todo CO2

Motivaciones calentamiento global

httpwwwoilcrisiscomsummaryhtm

PERO EL CALENTAMIENTO GLOBAL A VA TERMINARhellip

Motivaciones 3- Pico de produccioacuten de petroacuteleo

httpgasprices-usacom httpwwwoilcrisiscomsummaryhtm

US Energy Information Administration 2009

IMPORTANCIA DE LOS VECTORES ENERGETICOS

Las ENERGIacuteAS SUSTENTABLES emergentes

(solar eoacutelica etc) son DISCONTINUAS

Es necesario su ALMACENAMIENTO

Vectores EnergeacuteticosSe llama vectores energeacuteticos a aquellas sustancias o dispositivos que almacenan energiacutea de tal manera que eacutesta pueda liberarse posteriormente de forma controlada

Se diferencian de las fuentes primarias de energiacutea en que a diferencia de eacutestas se trata de productos manufacturados en los que previamente se ha invertido una cantidad de energiacutea mayor para su elaboracioacuten

Vectores - Bateriacuteas recargables (de ioacuten-litio)- Hidroacutegeno (uso en celdas de combustible)- Otroshelliphellip

BateriacuteasiquestSon nuevas las bateriacuteas

Imperio Parto (247 AC ndash 224 DC) 2000 antildeos de antiguumledadUna jarra de arcilla estaba llena con una solucioacuten de vinagre en la que se ubicaba una barra de hierro rodeadas por un cilindro de cobre Diferencia de potencial de 11 a 2 Voltios

Bagdad - 1936

Alessandro Volta

Cinc = -076 V

Plomo = -013 V

Estantildeo = -107 V

Hierro = -004 V

Cobre = 0159 V

Plata = 198 V

Oro = 183 V

Carbon = 013 V

Luigi Galvani (1780) ldquoelectricidad animalrdquo o

ldquofluido nerveo eleacutectricordquo

ldquopilardquo de Volta (1796)

Bateriacuteas ldquoRecargablesrdquo proceso electroquiacutemico reversible

1)Bateriacutea de Plomo-aacutecido (PbH2SO4)

Pb (metal) H2SO4(ac) oacutexido de plomo (PbO2)electrodo (-) electrodo (+)

REACCIONES

Pb + H2SO4(ac) PbSO4(s) + 2H+ + 2e- Anodo (-)

PbO2(s) + H2SO4(ac) + 2H+ + 2endash PbSO4(s) + 2H2O Caacutetodo (+)

Proceso Neto (descarga)

Pb + PbO2(s) + 2H2SO4(ac) 2PbSO4(s) + 2H2O

Voltaje 21 - 22 V

2) Bateriacutea de Litio metaacutelico Li oacutexido metaacutelico

Li (metal) solvente orgaacutenico oacutexido de metal (Co Ni Mn)electrodo (-) electrodo (+)

REACCIONES Li(metaacutelico) Li+ + e- Anodo (-)

CoO2(s) + Li+ + endash LiCoO2(s) Caacutetodo (+)

Proceso Neto (descarga) Li + CoO2(s) LiCoO2(s) 37 - 39 V

Proceso de Recarga LiCoO2(s) Li + CoO2(s)

SistemaSelladoaislado de 02 y agua

Problemas del aacutenodo de litio metal

Aacutenodo Litio

metal(-)

Caacutetodo(+)

Electrolito

Crecimiento de dendritas durante los ciclos de recarga

Separador

3) Bateriacutea de ioacuten-Litio C6(Li) oacutexido metaacutelico

Grafito(Li+) solv orgaacutenico + sal de litio oacutexido de metal (Co Ni Mn)electrodo (-) electrodo (+)

REACCIONES C6-(Li+) C6 + Li+ + e- Anodo (-)

CoO2(s) + Li+ + endash LiCoO2(s) Caacutetodo (+)

Proceso Neto (descarga) C6(Li) + CoO2(s) C6 + LiCoO2(s) 36-37 V

Proceso de Recarga C6 + LiCoO2(s) C6(Li) + CoO2(s)

SistemaSellado

Aacutenodo de grafito (C6)

Orbitales deslocalizados

TecnologiacuteaSony comercializoacute la primer bateriacutea de Ion Li en 1991

En 2011 las bateriacuteas de ion-Li abarcaron el 66 de todas las bateriacuteas recargables en Japoacuten

iquestPor queacute pensar HOY en Bateriacuteas de Litio

Ambiente

1832-1930 2030

iquestPor queacute pensar HOY en Bateriacuteas de Litio

Ambientey

EnergiacuteaCO2

ldquo0rdquo emision

90 eficiencia

Enficiencia gt 40 oacute gt70

Eficiencia - 50-60

Eficiencia lt 25

CO2

etc

Bio-fuel y Petroleo Baja Eficiencia

iquestPor queacute pensar HOY en Bateriacuteas de Litio

Una bateriacutea de ion-Litio require 03 Kg de metal Li o 14 and 15 kg of Li2CO3 por kWh de capacidad de bateriacutea

Auto hiacutebrido promedio utiliza unos 5-20 kWh en bateriacuteas Esto es 15 kg of Litio o 7 kg of Li2CO3 por auto

Un auto totalmente eleacutectrico require bateriacuteas de 90 kWh Esto es 3 kg de Litio o 13 kg de Li2CO3 por auto

El precio de las bateriacuteas de ion-litio va desde 300 ndash 800 u$s kWh (comparada a 50-100 u$s kWh para la tecnologiacutea de Plomo aacutecido)

Distribucioacuten geograacutefica del Litio

Salares

Minerales

Bolivia

Chile

Argentina

Yacimientos en Bolivia ndash Chile ndash ArgentinaEn nuestros Salares aprox 80 de los recursos mundiales

Yacimientos de Salares en LatinoameacutericaldquoTriaacutengulo del Litiordquo Argentina - Bolivia - Chile

Salar de Uyuni Bolivia Salar de Atacama

Chile

Salar del Hombre Muerto Argentina

Ambiente de los salares

iquestImpacto en el ambiente

La Negra ChilePlanta

en Salta

Bateriacuteas comerciales de ioacuten-litio

Bateriacutea 18650

Bateriacuteas prismaacuteticas

ldquopackrdquo para notebook

Bateriacutea de ioacuten-litio

Bateriacutea de ioacuten-litio

Anodo Construido sobre una laacutemina de Cobre de 10-20 mm de espesor

Caacutetodo Construido sobre una laacutemina de Aluminio de 10-20 mm de espesor

Bateriacutea 18650 37 V 2100 mAh

Bateriacuteas Recargables de ioacuten Li+ en uso actual

CaacutetodoLiXCoO2

AnodoLiXC6

Solucioacuten de Electrolito Etilen-Carbonato amp Di-Metil Carbonato LiPF6 Voltaje 37 V Densidad de Energiacutea 150 WhKg

CathodeSurface films

AnodeSurface films

D Aurbach et Al Materials Today 2014

Anodos para Bateriacuteas recargables de ioacuten-Li

Li4Ti5O12 + 3Li+ + 3 e- harr Li7Ti5O12

Li1-xC6 + xLi+ + x e- harr LiC6

MX + 2eminus + 2Li+ M + Li2X

MX2 + eminus + Li+ + LiMX2

Insercioacuten

Conversioacuten

Capacidad Praacutectica 160 mAhg

LiC6

LiC12

Grafito

Oxido de Titanio

Anodos importantes en uso Compuestos de intercalacioacuten

Sn + xe- + xLi+ lt=gt LixSn x 44 gt900 mAhgSi + xe- + xLi+ lt=gt LixSi x 44 gt4000 mAhg

Problema se necesitan Nano estructuras

Capacidad Praacutectica 330 mAhg

12

16

20

240 50 100 150 50 100 150

12

16

20

24

Voltag

e V

vs LiL

i+

Capacity mAhg-1

0 100 200 30000

04

08

12

100 200 30000

04

08

12

Voltag

e V

vs LiL

i+

Capacity mAhg-1

iquestY nosotros queacute podemos hacerDesarrollo de nuevos materiales

- Preparacioacuten de materiales- Caracterizacioacuten- Estudios Teoacutericos y Simulaciones

Desarrollo de nuevos materiales- Preparacioacuten de materiales- Caracterizacioacuten- Estudios Teoacutericos y Simulaciones

iquestY nosotros queacute podemos hacer

Metodologiacutea de trabajo Siacutentesis de materiales activos

Caracterizacioacuten estructural y morfoloacutegica

Ensamble de celda y caracterizacioacuten electroquiacutemica

ModeloTeoacuterico

Simulacioacuten Computacional

Anaacutelisis e Interpretacioacuten

Estudios Teoacutericos

Estudios Experimentales

Liacuteneas de trabajo en el LaES

- Desarrollo y caracterizacioacuten de materiales para aacutenodos Basados en Carbono Titanatos de litio Silicio y Estantildeo

- Desarrollo y caracterizacioacuten de materiales para caacutetodos Basados en Azufre

- Simulaciones computacionalesInsercioacuten de iones litio en grafito y titanatos de litioModelado de materiales de carbonos porosos(Dinaacutemica Molecular Teoriacutea DFT Mecaacutenica

Estadiacutestica Montecarlo)

iexclMuchas gracias

laeslabuncgmailcom

Algunos temas de trabajo- Materiales hiacutebridos basados en carbono como electrodos para bateriacuteas de Li

Dra Guillermina Luque

- Agregado de aditivos y modificacioacuten de separadores para mejorar la performance de baterias de litio-azufre Dr Germaacuten Lener Dra Andrea Calderoacuten Dra Victoria Bracamonte

- Construccioacuten y caracterizacioacuten experimental y teoacuterica de dispositivos de conversioacuten fotovoltaica basados en perovskitas de halogenuros organometaacutelicos

Dr Agustiacuten Sigal

- Trabajo experimental y teoacuterico de materiales para electrodos de bateriacuteas azufre-litio y ioacuten-litio

Dr Germaacuten Lener Dr Agustiacuten Sigal

Algunos temas de trabajo- Estudios de la insercioacuten de iones de Li en compuestos de intercalacioacuten utilizados como electrodos de celdas de ion-Li

Dr Eduardo Perassi

- Caacutelculos ab-initio y simulaciones computacionales de sistemas relacionados con bateriacuteas de Litio celdas de combustible y adsorcioacuten sobre superficies Dra Cecilia Gimenez y Dr Luis Reinaudi

- Materiales activos de electrodo basados en oacutexidos de titanio y titanatos de metales alcalinos para su aplicacioacuten como aacutenodos en bateriacuteas de ioacuten-litio

Dr Osvaldo Caacutemara y Dra Fabiana Oliva

- Partiacuteculas aislantes vs partiacuteculas conductoras Efectos de la percolacioacuten en la conduccioacuten eleacutectrica

Dr Patricio Veacutelez

Algunas estrategias de ensamble

pero no solo para

automoacutevileshellip

iquesthogares sutentables

Vectores - Oportunidades = Litio (como bateriacuteas de Litio)

bullBateriacuteas de ion-Li En 2007 se produjeron mundialmente 2500000000 de bateriacuteas de Li

Se proyecta una utilizacioacuten de 20000 t en la fabricacioacuten de bateriacuteas para vehiacuteculos eleacutectricos cuya produccioacuten estimada es de 500000 vehiacuteculos eleacutectricos en 2015 y 15 millones en 2020 Se consumen actualmente 100000 toneladas en el mercado mundial

Ameacuterica Latina concentra entre el 50 y el 80 de las reservas mundiales (Bolivia Chile Argentina)

El Litio es un material no contaminante (en todo caso antidepresivo)

Tecnologiacutea Madura

Bateriacutea de Cinc-Cobre Reacciones Reacutedox

Cu+2 + 2e rarr Cu Reduccioacuten Zn rarr Zn+2 + 2e Oxidacioacuten

Proceso netoCu+2 + Zn rarr Cu + Zn+2 11 Volts

Proceso Electroquiacutemico

Clasificacioacuten General

a)Bateriacuteas productoras de Energiacutea Bateriacuteas ldquoPrimariasrdquo

- Cinc-Carboacuten (comuacuten)- Cinc-Carboacuten Alcalinas- Tipo ldquobotoacutenrdquo (de reloj)

b) Bateriacuteas de almacenamiento de Energiacutea Bateriacuteas ldquoSecundariasrdquo o ldquoRecargablesrdquo

- Plomo-aacutecido- Niacutequel-Cadmio- Niacutequel-Metal hidruro- Litio metaacutelico (en desuso)- Ioacuten-Litio

Utiles como Vectores Energeacuteticos

Un solo uso

Quiacutemica de las Bateriacuteas mas comunes

1) ldquoPilardquo de Leclancheacute o ldquopila secardquo Cinc-carbon (Zn-C)

Zn (metal) pasta de NH4ClndashZnCl2 oacutexido de manganeso + carboacuten grafitoelectrodo (-) electrodo (+)

REACCIONES

Zn Zn2+(ac) + 2 e

ndash Anodo (-)

2 MnO2(s) + 2endash + hellip 2 MnO(OH)(s) + Caacutetodo (+)

Diferencia de Potencial Eleacutectrico

Voltaje 150 Volts

Bateriacuteas ldquoPrimariasrdquo

Aacutenodo de grafitoproceso de cargado

Colector de corriente

Grafeno

Nube de electrones

Bateriacutea de ion-litio

Anodo Construido sobre una laacutemina de Cobre de 10-20 mm de espesor

Caacutetodo Construido sobre una laacutemina de Aluminio de 10-20 mm de espesor

Bateriacutea 18650 37 V 2100 mAh

bullBateriacuteas de ion-Li En 2007 se produjeron mundialmente 2500000000 de bateriacuteas de Li

Se proyecta una utilizacioacuten de 20000 t de Litio en la fabricacioacuten de bateriacuteas para vehiacuteculos eleacutectricos cuya produccioacuten estimada es de 500000 vehiacuteculos eleacutectricos en 2015 y 15 millones en 2020 Se consumen actualmente 100000 toneladas en el mercado mundial

Ameacuterica Latina concentra entre el 50 y el 70 de las reservas mundiales (Bolivia Chile Argentina)

El Li es un material no contaminante(en todo caso antidepresivo)

Tecnologiacutea Madura

Datos Interesantes

Energiacuteas especiacuteficas

Minerales conteniendo Litio

54

Ocurrencia Li en la corteza terrestre 0006 (entre los 27 mas abundantes) Se conocen mas de 150 minerales portadores de Li

Yacimientos Minerales de Pegmatitas Presente en magmas de baja viscosidad Pegmatitas de estructura zonada Se encuentra junto a Casiterita Berilo Apatita Columbita Granate Turmalina Feldespato Cuarzo Micas y otros

Salmueras Naturales Lagos salinos y salares Yacimientos de evaporacioacuten (minerales evaporiacuteticos) Alta solubilidad del Cloruro de Li Zonas aacuteridas

Imagen Nombre Foacutermula de Li2O

Espodumeno Li2O Al2O34SiO2

(PF 37620)804

(37 Li)

Lepidolita Li2AlSi4O10(FOH)(PF 37334)

3 ndash 6(37 Li)

Zinnwaldita KLiFeAl2Si3O10(OHF)(PF 42011)

2 ndash 4(17 Li)

Ambligonita Li Al(FOH)PO4

(PF 14587)101

(48 Li)

Tipos de Minerales

- Explotacioacuten extraccioacuten de aguas subterraacuteneas salinas- Procesamiento - Bombeo de salmueras (conteniendo 300 - 1500 ppm Li+) - Evaporacioacuten y Concentracioacuten de Litio (aprox factor gt10) - Purificacioacuten de salmueras Agregado de Ca(OH)2

separacioacuten de Mg(OH)2 boacuterax sulfatos

- Adicioacuten de Na2CO3 obtencioacuten de Li2CO3

Recuperacioacuten de aprox 90 de Li de la salmuera inicialSubproductos KCl CaSO4 2H2O(yeso) Mg(OH)2 Boacuterax

Obtencioacuten de Litio desde los Salares

Li2CO3

Reservas de Litio a nivel global

Reservas desde salares

Ameacuterica del sur guarda el 75 de las reservas de Litio mundiales

iquestFuturo de las bateriacuteas de Ion-LibullBateriacuteas de litio-aire

iquestFuturo de las bateriacuteas de Ion-LibullBateriacuteas de litio-aire

Algunas conclusiones El almacenamiento de energiacutea hoy juega un rol determinante para reemplazar el petroacuteleo con energiacuteas alternativas

El desarrollo del aacutenodo de grafito significoacute un profundo salto en el desarrollo de las bateriacuteas de litio

Por su versatilidad la bateriacutea de ioacuten-litio puede satisfacer necesidades de requerimientos muy variados

Hoy es posible desarrollar e investigar bateriacuteas de ion-Li en la Argentina

Particularmente en nuestra universidad se estaacute investigando en el disentildeo estudio y preparacioacuten de materiales alternativos para electrodos de estas bateriacuteas

Litio

66

Siacutembolo quiacutemico LiNuacutemero Atoacutemico (Z) 3Elemento perteneciente al Grupo I Metales Alcalinos (1s2 2s1)Peso Atoacutemico 6941 umaEs el elemento metaacutelico maacutes liviano que existe a temperatura ambiente Soacutelido a temperatura ambienteIsoacutetopos 6 Li Abundancia 742 No Radioactivo

7 Li Abundancia 9258 No Radioactivo 5 Li 8 Li 9Li Isoacutetopos artificiales

Estado de Oxidacioacuten 1+ (catioacuten Li+)Radio atoacutemico 0152 nm (metal)Radio ioacutenico (Li+) 0060 nm

Caracteriacuteticas

67

Metal blanco lustre plateado y dureza de 06 (maacutes blando que el plomo) Densidad alrededor de la mitad del aguaEs altamente reactivo y se asemeja al sodio en su comportamiento quiacutemico El Cloruro de Litio es muy soluble en agua Los Carbonatos Fluoruros y Fosfatos de litio son muy poco solubles en agua Reacciona muy raacutepidamente con el aire (O2 y N2) y con agua

Debe ser almacenado sumergido en un liacutequido orgaacutenico (hidrocarburo) como nafta kerosene etc El metal arde fuertemente en aire con llama blanca brillante Las soluciones acuosas de Li+ imparten un color rojo carmesiacute a la llama

Litio y derivadosArbol de Litio

Ton Li 2CO

3

Uso proyectado en celulares

Yacimientos de minerales en Argentina

Pegmatitas Sierras Pampeanas San Luis CoacuterdobaSan Juan La Rioja Catamarca Salta Jujuy

Tipos de Minerales Silicatos Espodumeno LiAlSi2O6 (75 a 8 LiO2)

Petalita LiAlSi4O10

Micas Lepidolita K[LiAl]3[AlSi]4O10[FOH]2

Zinwaldita K[LiAlFe]3[AlSi]4O10[FOH]2

Fosfatos Litiofilita (MnLi)PO4

Ambligonita (LiNa)Al(FOH)PO4

Yacimientos en Argentina

Salares y Salmueras NaturalesZona de la Puna Salta Jujuy y Catamarca

Jujuy

Salta

Catamarca

Ambiente de los salares

iquestImpacto en el ambiente

La Negra ChilePlanta

en Salta

- La existencia de costras soacutelidas de sal es soacutelo una caracteriacutestica superficial que estaacute presente en algunos salares pero no es representativa de la complejidad del sistema

- Un salar tiene asociado un cuerpo subterraacuteneo de salmuera que lo alimenta y tiene diferentes lsquofaciesrsquo de sales en profundidad como cloruro de sodio (halita) cloruros y sulfatos de potasio y magnesio y otros sulfatos y carbonatos

Geologiacutea de un Salar

Produccioacuten Global de litio(en metal equivalente)

- La existencia de costras soacutelidas de sal es soacutelo una caracteriacutestica superficial que estaacute presente en algunos salares pero no es representativa de la complejidad del sistema

- Un salar tiene asociado un cuerpo subterraacuteneo de salmuera que lo alimenta y tiene diferentes lsquofaciesrsquo de sales en profundidad como cloruro de sodio (halita) cloruros y sulfatos de potasio y magnesio y otros sulfatos y carbonatos

Geologiacutea de un Salar

Aspectos de relevanciaConsumo y contaminacioacuten de agua impactos en el paisaje introduccioacuten de caminos de exploracioacuten en ecosistemas sensibles instalacioacuten de infraestructura impacto en la flora y fauna de la actividad industrial donde antes no la habiacutea generacioacuten de residuos soacutelidos y quiacutemicos

La salmuera es bombeada mediante perforaciones y luego se la expone al sol para

evaporar el liacutequido y concentrar los componentes de intereacutes La concentracioacuten de litio en las salmueras es baja y variacutea dentro de

cada salar y entre los distintos salares fluctuando entre unas pocas decenas de partes por milloacuten y poco maacutes de mil de acuerdo con

estos valores puede estimarse que por cada tonelada de litio extraiacuteda se evaporan alrededor

de dos millones de litros de agua clara evidencia de que la mineriacutea del litio en salares es

una mineriacutea del agua

iquestA quieacuten impacta

ldquoNo puede ni debe realizarse ninguacuten tipo de actividad minera sin el consentimiento libre previo e informado de las comunidades involucradasrdquo

Y nosotros que podemos hacerDesarrollo de nuevos materialesPreparacioacuten de materiales

CaracterizacioacutenEstudios Teoacutericos

Y nosotros que podemos hacerDesarrollo de nuevos materialesPreparacioacuten de materiales

CaracterizacioacutenEstudios Teoacutericos

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Page 5: Presentación de PowerPoint - famaf.unc.edu.ar · Oxido de Titanio Anodos importantes en uso Compuestos de intercalación Sn + xe-+ xLi+  Li ... Ensamble de celda y caracterización

Motivaciones calentamiento global

httpwwwoilcrisiscomsummaryhtm

PERO EL CALENTAMIENTO GLOBAL A VA TERMINARhellip

Motivaciones 3- Pico de produccioacuten de petroacuteleo

httpgasprices-usacom httpwwwoilcrisiscomsummaryhtm

US Energy Information Administration 2009

IMPORTANCIA DE LOS VECTORES ENERGETICOS

Las ENERGIacuteAS SUSTENTABLES emergentes

(solar eoacutelica etc) son DISCONTINUAS

Es necesario su ALMACENAMIENTO

Vectores EnergeacuteticosSe llama vectores energeacuteticos a aquellas sustancias o dispositivos que almacenan energiacutea de tal manera que eacutesta pueda liberarse posteriormente de forma controlada

Se diferencian de las fuentes primarias de energiacutea en que a diferencia de eacutestas se trata de productos manufacturados en los que previamente se ha invertido una cantidad de energiacutea mayor para su elaboracioacuten

Vectores - Bateriacuteas recargables (de ioacuten-litio)- Hidroacutegeno (uso en celdas de combustible)- Otroshelliphellip

BateriacuteasiquestSon nuevas las bateriacuteas

Imperio Parto (247 AC ndash 224 DC) 2000 antildeos de antiguumledadUna jarra de arcilla estaba llena con una solucioacuten de vinagre en la que se ubicaba una barra de hierro rodeadas por un cilindro de cobre Diferencia de potencial de 11 a 2 Voltios

Bagdad - 1936

Alessandro Volta

Cinc = -076 V

Plomo = -013 V

Estantildeo = -107 V

Hierro = -004 V

Cobre = 0159 V

Plata = 198 V

Oro = 183 V

Carbon = 013 V

Luigi Galvani (1780) ldquoelectricidad animalrdquo o

ldquofluido nerveo eleacutectricordquo

ldquopilardquo de Volta (1796)

Bateriacuteas ldquoRecargablesrdquo proceso electroquiacutemico reversible

1)Bateriacutea de Plomo-aacutecido (PbH2SO4)

Pb (metal) H2SO4(ac) oacutexido de plomo (PbO2)electrodo (-) electrodo (+)

REACCIONES

Pb + H2SO4(ac) PbSO4(s) + 2H+ + 2e- Anodo (-)

PbO2(s) + H2SO4(ac) + 2H+ + 2endash PbSO4(s) + 2H2O Caacutetodo (+)

Proceso Neto (descarga)

Pb + PbO2(s) + 2H2SO4(ac) 2PbSO4(s) + 2H2O

Voltaje 21 - 22 V

2) Bateriacutea de Litio metaacutelico Li oacutexido metaacutelico

Li (metal) solvente orgaacutenico oacutexido de metal (Co Ni Mn)electrodo (-) electrodo (+)

REACCIONES Li(metaacutelico) Li+ + e- Anodo (-)

CoO2(s) + Li+ + endash LiCoO2(s) Caacutetodo (+)

Proceso Neto (descarga) Li + CoO2(s) LiCoO2(s) 37 - 39 V

Proceso de Recarga LiCoO2(s) Li + CoO2(s)

SistemaSelladoaislado de 02 y agua

Problemas del aacutenodo de litio metal

Aacutenodo Litio

metal(-)

Caacutetodo(+)

Electrolito

Crecimiento de dendritas durante los ciclos de recarga

Separador

3) Bateriacutea de ioacuten-Litio C6(Li) oacutexido metaacutelico

Grafito(Li+) solv orgaacutenico + sal de litio oacutexido de metal (Co Ni Mn)electrodo (-) electrodo (+)

REACCIONES C6-(Li+) C6 + Li+ + e- Anodo (-)

CoO2(s) + Li+ + endash LiCoO2(s) Caacutetodo (+)

Proceso Neto (descarga) C6(Li) + CoO2(s) C6 + LiCoO2(s) 36-37 V

Proceso de Recarga C6 + LiCoO2(s) C6(Li) + CoO2(s)

SistemaSellado

Aacutenodo de grafito (C6)

Orbitales deslocalizados

TecnologiacuteaSony comercializoacute la primer bateriacutea de Ion Li en 1991

En 2011 las bateriacuteas de ion-Li abarcaron el 66 de todas las bateriacuteas recargables en Japoacuten

iquestPor queacute pensar HOY en Bateriacuteas de Litio

Ambiente

1832-1930 2030

iquestPor queacute pensar HOY en Bateriacuteas de Litio

Ambientey

EnergiacuteaCO2

ldquo0rdquo emision

90 eficiencia

Enficiencia gt 40 oacute gt70

Eficiencia - 50-60

Eficiencia lt 25

CO2

etc

Bio-fuel y Petroleo Baja Eficiencia

iquestPor queacute pensar HOY en Bateriacuteas de Litio

Una bateriacutea de ion-Litio require 03 Kg de metal Li o 14 and 15 kg of Li2CO3 por kWh de capacidad de bateriacutea

Auto hiacutebrido promedio utiliza unos 5-20 kWh en bateriacuteas Esto es 15 kg of Litio o 7 kg of Li2CO3 por auto

Un auto totalmente eleacutectrico require bateriacuteas de 90 kWh Esto es 3 kg de Litio o 13 kg de Li2CO3 por auto

El precio de las bateriacuteas de ion-litio va desde 300 ndash 800 u$s kWh (comparada a 50-100 u$s kWh para la tecnologiacutea de Plomo aacutecido)

Distribucioacuten geograacutefica del Litio

Salares

Minerales

Bolivia

Chile

Argentina

Yacimientos en Bolivia ndash Chile ndash ArgentinaEn nuestros Salares aprox 80 de los recursos mundiales

Yacimientos de Salares en LatinoameacutericaldquoTriaacutengulo del Litiordquo Argentina - Bolivia - Chile

Salar de Uyuni Bolivia Salar de Atacama

Chile

Salar del Hombre Muerto Argentina

Ambiente de los salares

iquestImpacto en el ambiente

La Negra ChilePlanta

en Salta

Bateriacuteas comerciales de ioacuten-litio

Bateriacutea 18650

Bateriacuteas prismaacuteticas

ldquopackrdquo para notebook

Bateriacutea de ioacuten-litio

Bateriacutea de ioacuten-litio

Anodo Construido sobre una laacutemina de Cobre de 10-20 mm de espesor

Caacutetodo Construido sobre una laacutemina de Aluminio de 10-20 mm de espesor

Bateriacutea 18650 37 V 2100 mAh

Bateriacuteas Recargables de ioacuten Li+ en uso actual

CaacutetodoLiXCoO2

AnodoLiXC6

Solucioacuten de Electrolito Etilen-Carbonato amp Di-Metil Carbonato LiPF6 Voltaje 37 V Densidad de Energiacutea 150 WhKg

CathodeSurface films

AnodeSurface films

D Aurbach et Al Materials Today 2014

Anodos para Bateriacuteas recargables de ioacuten-Li

Li4Ti5O12 + 3Li+ + 3 e- harr Li7Ti5O12

Li1-xC6 + xLi+ + x e- harr LiC6

MX + 2eminus + 2Li+ M + Li2X

MX2 + eminus + Li+ + LiMX2

Insercioacuten

Conversioacuten

Capacidad Praacutectica 160 mAhg

LiC6

LiC12

Grafito

Oxido de Titanio

Anodos importantes en uso Compuestos de intercalacioacuten

Sn + xe- + xLi+ lt=gt LixSn x 44 gt900 mAhgSi + xe- + xLi+ lt=gt LixSi x 44 gt4000 mAhg

Problema se necesitan Nano estructuras

Capacidad Praacutectica 330 mAhg

12

16

20

240 50 100 150 50 100 150

12

16

20

24

Voltag

e V

vs LiL

i+

Capacity mAhg-1

0 100 200 30000

04

08

12

100 200 30000

04

08

12

Voltag

e V

vs LiL

i+

Capacity mAhg-1

iquestY nosotros queacute podemos hacerDesarrollo de nuevos materiales

- Preparacioacuten de materiales- Caracterizacioacuten- Estudios Teoacutericos y Simulaciones

Desarrollo de nuevos materiales- Preparacioacuten de materiales- Caracterizacioacuten- Estudios Teoacutericos y Simulaciones

iquestY nosotros queacute podemos hacer

Metodologiacutea de trabajo Siacutentesis de materiales activos

Caracterizacioacuten estructural y morfoloacutegica

Ensamble de celda y caracterizacioacuten electroquiacutemica

ModeloTeoacuterico

Simulacioacuten Computacional

Anaacutelisis e Interpretacioacuten

Estudios Teoacutericos

Estudios Experimentales

Liacuteneas de trabajo en el LaES

- Desarrollo y caracterizacioacuten de materiales para aacutenodos Basados en Carbono Titanatos de litio Silicio y Estantildeo

- Desarrollo y caracterizacioacuten de materiales para caacutetodos Basados en Azufre

- Simulaciones computacionalesInsercioacuten de iones litio en grafito y titanatos de litioModelado de materiales de carbonos porosos(Dinaacutemica Molecular Teoriacutea DFT Mecaacutenica

Estadiacutestica Montecarlo)

iexclMuchas gracias

laeslabuncgmailcom

Algunos temas de trabajo- Materiales hiacutebridos basados en carbono como electrodos para bateriacuteas de Li

Dra Guillermina Luque

- Agregado de aditivos y modificacioacuten de separadores para mejorar la performance de baterias de litio-azufre Dr Germaacuten Lener Dra Andrea Calderoacuten Dra Victoria Bracamonte

- Construccioacuten y caracterizacioacuten experimental y teoacuterica de dispositivos de conversioacuten fotovoltaica basados en perovskitas de halogenuros organometaacutelicos

Dr Agustiacuten Sigal

- Trabajo experimental y teoacuterico de materiales para electrodos de bateriacuteas azufre-litio y ioacuten-litio

Dr Germaacuten Lener Dr Agustiacuten Sigal

Algunos temas de trabajo- Estudios de la insercioacuten de iones de Li en compuestos de intercalacioacuten utilizados como electrodos de celdas de ion-Li

Dr Eduardo Perassi

- Caacutelculos ab-initio y simulaciones computacionales de sistemas relacionados con bateriacuteas de Litio celdas de combustible y adsorcioacuten sobre superficies Dra Cecilia Gimenez y Dr Luis Reinaudi

- Materiales activos de electrodo basados en oacutexidos de titanio y titanatos de metales alcalinos para su aplicacioacuten como aacutenodos en bateriacuteas de ioacuten-litio

Dr Osvaldo Caacutemara y Dra Fabiana Oliva

- Partiacuteculas aislantes vs partiacuteculas conductoras Efectos de la percolacioacuten en la conduccioacuten eleacutectrica

Dr Patricio Veacutelez

Algunas estrategias de ensamble

pero no solo para

automoacutevileshellip

iquesthogares sutentables

Vectores - Oportunidades = Litio (como bateriacuteas de Litio)

bullBateriacuteas de ion-Li En 2007 se produjeron mundialmente 2500000000 de bateriacuteas de Li

Se proyecta una utilizacioacuten de 20000 t en la fabricacioacuten de bateriacuteas para vehiacuteculos eleacutectricos cuya produccioacuten estimada es de 500000 vehiacuteculos eleacutectricos en 2015 y 15 millones en 2020 Se consumen actualmente 100000 toneladas en el mercado mundial

Ameacuterica Latina concentra entre el 50 y el 80 de las reservas mundiales (Bolivia Chile Argentina)

El Litio es un material no contaminante (en todo caso antidepresivo)

Tecnologiacutea Madura

Bateriacutea de Cinc-Cobre Reacciones Reacutedox

Cu+2 + 2e rarr Cu Reduccioacuten Zn rarr Zn+2 + 2e Oxidacioacuten

Proceso netoCu+2 + Zn rarr Cu + Zn+2 11 Volts

Proceso Electroquiacutemico

Clasificacioacuten General

a)Bateriacuteas productoras de Energiacutea Bateriacuteas ldquoPrimariasrdquo

- Cinc-Carboacuten (comuacuten)- Cinc-Carboacuten Alcalinas- Tipo ldquobotoacutenrdquo (de reloj)

b) Bateriacuteas de almacenamiento de Energiacutea Bateriacuteas ldquoSecundariasrdquo o ldquoRecargablesrdquo

- Plomo-aacutecido- Niacutequel-Cadmio- Niacutequel-Metal hidruro- Litio metaacutelico (en desuso)- Ioacuten-Litio

Utiles como Vectores Energeacuteticos

Un solo uso

Quiacutemica de las Bateriacuteas mas comunes

1) ldquoPilardquo de Leclancheacute o ldquopila secardquo Cinc-carbon (Zn-C)

Zn (metal) pasta de NH4ClndashZnCl2 oacutexido de manganeso + carboacuten grafitoelectrodo (-) electrodo (+)

REACCIONES

Zn Zn2+(ac) + 2 e

ndash Anodo (-)

2 MnO2(s) + 2endash + hellip 2 MnO(OH)(s) + Caacutetodo (+)

Diferencia de Potencial Eleacutectrico

Voltaje 150 Volts

Bateriacuteas ldquoPrimariasrdquo

Aacutenodo de grafitoproceso de cargado

Colector de corriente

Grafeno

Nube de electrones

Bateriacutea de ion-litio

Anodo Construido sobre una laacutemina de Cobre de 10-20 mm de espesor

Caacutetodo Construido sobre una laacutemina de Aluminio de 10-20 mm de espesor

Bateriacutea 18650 37 V 2100 mAh

bullBateriacuteas de ion-Li En 2007 se produjeron mundialmente 2500000000 de bateriacuteas de Li

Se proyecta una utilizacioacuten de 20000 t de Litio en la fabricacioacuten de bateriacuteas para vehiacuteculos eleacutectricos cuya produccioacuten estimada es de 500000 vehiacuteculos eleacutectricos en 2015 y 15 millones en 2020 Se consumen actualmente 100000 toneladas en el mercado mundial

Ameacuterica Latina concentra entre el 50 y el 70 de las reservas mundiales (Bolivia Chile Argentina)

El Li es un material no contaminante(en todo caso antidepresivo)

Tecnologiacutea Madura

Datos Interesantes

Energiacuteas especiacuteficas

Minerales conteniendo Litio

54

Ocurrencia Li en la corteza terrestre 0006 (entre los 27 mas abundantes) Se conocen mas de 150 minerales portadores de Li

Yacimientos Minerales de Pegmatitas Presente en magmas de baja viscosidad Pegmatitas de estructura zonada Se encuentra junto a Casiterita Berilo Apatita Columbita Granate Turmalina Feldespato Cuarzo Micas y otros

Salmueras Naturales Lagos salinos y salares Yacimientos de evaporacioacuten (minerales evaporiacuteticos) Alta solubilidad del Cloruro de Li Zonas aacuteridas

Imagen Nombre Foacutermula de Li2O

Espodumeno Li2O Al2O34SiO2

(PF 37620)804

(37 Li)

Lepidolita Li2AlSi4O10(FOH)(PF 37334)

3 ndash 6(37 Li)

Zinnwaldita KLiFeAl2Si3O10(OHF)(PF 42011)

2 ndash 4(17 Li)

Ambligonita Li Al(FOH)PO4

(PF 14587)101

(48 Li)

Tipos de Minerales

- Explotacioacuten extraccioacuten de aguas subterraacuteneas salinas- Procesamiento - Bombeo de salmueras (conteniendo 300 - 1500 ppm Li+) - Evaporacioacuten y Concentracioacuten de Litio (aprox factor gt10) - Purificacioacuten de salmueras Agregado de Ca(OH)2

separacioacuten de Mg(OH)2 boacuterax sulfatos

- Adicioacuten de Na2CO3 obtencioacuten de Li2CO3

Recuperacioacuten de aprox 90 de Li de la salmuera inicialSubproductos KCl CaSO4 2H2O(yeso) Mg(OH)2 Boacuterax

Obtencioacuten de Litio desde los Salares

Li2CO3

Reservas de Litio a nivel global

Reservas desde salares

Ameacuterica del sur guarda el 75 de las reservas de Litio mundiales

iquestFuturo de las bateriacuteas de Ion-LibullBateriacuteas de litio-aire

iquestFuturo de las bateriacuteas de Ion-LibullBateriacuteas de litio-aire

Algunas conclusiones El almacenamiento de energiacutea hoy juega un rol determinante para reemplazar el petroacuteleo con energiacuteas alternativas

El desarrollo del aacutenodo de grafito significoacute un profundo salto en el desarrollo de las bateriacuteas de litio

Por su versatilidad la bateriacutea de ioacuten-litio puede satisfacer necesidades de requerimientos muy variados

Hoy es posible desarrollar e investigar bateriacuteas de ion-Li en la Argentina

Particularmente en nuestra universidad se estaacute investigando en el disentildeo estudio y preparacioacuten de materiales alternativos para electrodos de estas bateriacuteas

Litio

66

Siacutembolo quiacutemico LiNuacutemero Atoacutemico (Z) 3Elemento perteneciente al Grupo I Metales Alcalinos (1s2 2s1)Peso Atoacutemico 6941 umaEs el elemento metaacutelico maacutes liviano que existe a temperatura ambiente Soacutelido a temperatura ambienteIsoacutetopos 6 Li Abundancia 742 No Radioactivo

7 Li Abundancia 9258 No Radioactivo 5 Li 8 Li 9Li Isoacutetopos artificiales

Estado de Oxidacioacuten 1+ (catioacuten Li+)Radio atoacutemico 0152 nm (metal)Radio ioacutenico (Li+) 0060 nm

Caracteriacuteticas

67

Metal blanco lustre plateado y dureza de 06 (maacutes blando que el plomo) Densidad alrededor de la mitad del aguaEs altamente reactivo y se asemeja al sodio en su comportamiento quiacutemico El Cloruro de Litio es muy soluble en agua Los Carbonatos Fluoruros y Fosfatos de litio son muy poco solubles en agua Reacciona muy raacutepidamente con el aire (O2 y N2) y con agua

Debe ser almacenado sumergido en un liacutequido orgaacutenico (hidrocarburo) como nafta kerosene etc El metal arde fuertemente en aire con llama blanca brillante Las soluciones acuosas de Li+ imparten un color rojo carmesiacute a la llama

Litio y derivadosArbol de Litio

Ton Li 2CO

3

Uso proyectado en celulares

Yacimientos de minerales en Argentina

Pegmatitas Sierras Pampeanas San Luis CoacuterdobaSan Juan La Rioja Catamarca Salta Jujuy

Tipos de Minerales Silicatos Espodumeno LiAlSi2O6 (75 a 8 LiO2)

Petalita LiAlSi4O10

Micas Lepidolita K[LiAl]3[AlSi]4O10[FOH]2

Zinwaldita K[LiAlFe]3[AlSi]4O10[FOH]2

Fosfatos Litiofilita (MnLi)PO4

Ambligonita (LiNa)Al(FOH)PO4

Yacimientos en Argentina

Salares y Salmueras NaturalesZona de la Puna Salta Jujuy y Catamarca

Jujuy

Salta

Catamarca

Ambiente de los salares

iquestImpacto en el ambiente

La Negra ChilePlanta

en Salta

- La existencia de costras soacutelidas de sal es soacutelo una caracteriacutestica superficial que estaacute presente en algunos salares pero no es representativa de la complejidad del sistema

- Un salar tiene asociado un cuerpo subterraacuteneo de salmuera que lo alimenta y tiene diferentes lsquofaciesrsquo de sales en profundidad como cloruro de sodio (halita) cloruros y sulfatos de potasio y magnesio y otros sulfatos y carbonatos

Geologiacutea de un Salar

Produccioacuten Global de litio(en metal equivalente)

- La existencia de costras soacutelidas de sal es soacutelo una caracteriacutestica superficial que estaacute presente en algunos salares pero no es representativa de la complejidad del sistema

- Un salar tiene asociado un cuerpo subterraacuteneo de salmuera que lo alimenta y tiene diferentes lsquofaciesrsquo de sales en profundidad como cloruro de sodio (halita) cloruros y sulfatos de potasio y magnesio y otros sulfatos y carbonatos

Geologiacutea de un Salar

Aspectos de relevanciaConsumo y contaminacioacuten de agua impactos en el paisaje introduccioacuten de caminos de exploracioacuten en ecosistemas sensibles instalacioacuten de infraestructura impacto en la flora y fauna de la actividad industrial donde antes no la habiacutea generacioacuten de residuos soacutelidos y quiacutemicos

La salmuera es bombeada mediante perforaciones y luego se la expone al sol para

evaporar el liacutequido y concentrar los componentes de intereacutes La concentracioacuten de litio en las salmueras es baja y variacutea dentro de

cada salar y entre los distintos salares fluctuando entre unas pocas decenas de partes por milloacuten y poco maacutes de mil de acuerdo con

estos valores puede estimarse que por cada tonelada de litio extraiacuteda se evaporan alrededor

de dos millones de litros de agua clara evidencia de que la mineriacutea del litio en salares es

una mineriacutea del agua

iquestA quieacuten impacta

ldquoNo puede ni debe realizarse ninguacuten tipo de actividad minera sin el consentimiento libre previo e informado de las comunidades involucradasrdquo

Y nosotros que podemos hacerDesarrollo de nuevos materialesPreparacioacuten de materiales

CaracterizacioacutenEstudios Teoacutericos

Y nosotros que podemos hacerDesarrollo de nuevos materialesPreparacioacuten de materiales

CaracterizacioacutenEstudios Teoacutericos

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Page 6: Presentación de PowerPoint - famaf.unc.edu.ar · Oxido de Titanio Anodos importantes en uso Compuestos de intercalación Sn + xe-+ xLi+  Li ... Ensamble de celda y caracterización

Motivaciones 3- Pico de produccioacuten de petroacuteleo

httpgasprices-usacom httpwwwoilcrisiscomsummaryhtm

US Energy Information Administration 2009

IMPORTANCIA DE LOS VECTORES ENERGETICOS

Las ENERGIacuteAS SUSTENTABLES emergentes

(solar eoacutelica etc) son DISCONTINUAS

Es necesario su ALMACENAMIENTO

Vectores EnergeacuteticosSe llama vectores energeacuteticos a aquellas sustancias o dispositivos que almacenan energiacutea de tal manera que eacutesta pueda liberarse posteriormente de forma controlada

Se diferencian de las fuentes primarias de energiacutea en que a diferencia de eacutestas se trata de productos manufacturados en los que previamente se ha invertido una cantidad de energiacutea mayor para su elaboracioacuten

Vectores - Bateriacuteas recargables (de ioacuten-litio)- Hidroacutegeno (uso en celdas de combustible)- Otroshelliphellip

BateriacuteasiquestSon nuevas las bateriacuteas

Imperio Parto (247 AC ndash 224 DC) 2000 antildeos de antiguumledadUna jarra de arcilla estaba llena con una solucioacuten de vinagre en la que se ubicaba una barra de hierro rodeadas por un cilindro de cobre Diferencia de potencial de 11 a 2 Voltios

Bagdad - 1936

Alessandro Volta

Cinc = -076 V

Plomo = -013 V

Estantildeo = -107 V

Hierro = -004 V

Cobre = 0159 V

Plata = 198 V

Oro = 183 V

Carbon = 013 V

Luigi Galvani (1780) ldquoelectricidad animalrdquo o

ldquofluido nerveo eleacutectricordquo

ldquopilardquo de Volta (1796)

Bateriacuteas ldquoRecargablesrdquo proceso electroquiacutemico reversible

1)Bateriacutea de Plomo-aacutecido (PbH2SO4)

Pb (metal) H2SO4(ac) oacutexido de plomo (PbO2)electrodo (-) electrodo (+)

REACCIONES

Pb + H2SO4(ac) PbSO4(s) + 2H+ + 2e- Anodo (-)

PbO2(s) + H2SO4(ac) + 2H+ + 2endash PbSO4(s) + 2H2O Caacutetodo (+)

Proceso Neto (descarga)

Pb + PbO2(s) + 2H2SO4(ac) 2PbSO4(s) + 2H2O

Voltaje 21 - 22 V

2) Bateriacutea de Litio metaacutelico Li oacutexido metaacutelico

Li (metal) solvente orgaacutenico oacutexido de metal (Co Ni Mn)electrodo (-) electrodo (+)

REACCIONES Li(metaacutelico) Li+ + e- Anodo (-)

CoO2(s) + Li+ + endash LiCoO2(s) Caacutetodo (+)

Proceso Neto (descarga) Li + CoO2(s) LiCoO2(s) 37 - 39 V

Proceso de Recarga LiCoO2(s) Li + CoO2(s)

SistemaSelladoaislado de 02 y agua

Problemas del aacutenodo de litio metal

Aacutenodo Litio

metal(-)

Caacutetodo(+)

Electrolito

Crecimiento de dendritas durante los ciclos de recarga

Separador

3) Bateriacutea de ioacuten-Litio C6(Li) oacutexido metaacutelico

Grafito(Li+) solv orgaacutenico + sal de litio oacutexido de metal (Co Ni Mn)electrodo (-) electrodo (+)

REACCIONES C6-(Li+) C6 + Li+ + e- Anodo (-)

CoO2(s) + Li+ + endash LiCoO2(s) Caacutetodo (+)

Proceso Neto (descarga) C6(Li) + CoO2(s) C6 + LiCoO2(s) 36-37 V

Proceso de Recarga C6 + LiCoO2(s) C6(Li) + CoO2(s)

SistemaSellado

Aacutenodo de grafito (C6)

Orbitales deslocalizados

TecnologiacuteaSony comercializoacute la primer bateriacutea de Ion Li en 1991

En 2011 las bateriacuteas de ion-Li abarcaron el 66 de todas las bateriacuteas recargables en Japoacuten

iquestPor queacute pensar HOY en Bateriacuteas de Litio

Ambiente

1832-1930 2030

iquestPor queacute pensar HOY en Bateriacuteas de Litio

Ambientey

EnergiacuteaCO2

ldquo0rdquo emision

90 eficiencia

Enficiencia gt 40 oacute gt70

Eficiencia - 50-60

Eficiencia lt 25

CO2

etc

Bio-fuel y Petroleo Baja Eficiencia

iquestPor queacute pensar HOY en Bateriacuteas de Litio

Una bateriacutea de ion-Litio require 03 Kg de metal Li o 14 and 15 kg of Li2CO3 por kWh de capacidad de bateriacutea

Auto hiacutebrido promedio utiliza unos 5-20 kWh en bateriacuteas Esto es 15 kg of Litio o 7 kg of Li2CO3 por auto

Un auto totalmente eleacutectrico require bateriacuteas de 90 kWh Esto es 3 kg de Litio o 13 kg de Li2CO3 por auto

El precio de las bateriacuteas de ion-litio va desde 300 ndash 800 u$s kWh (comparada a 50-100 u$s kWh para la tecnologiacutea de Plomo aacutecido)

Distribucioacuten geograacutefica del Litio

Salares

Minerales

Bolivia

Chile

Argentina

Yacimientos en Bolivia ndash Chile ndash ArgentinaEn nuestros Salares aprox 80 de los recursos mundiales

Yacimientos de Salares en LatinoameacutericaldquoTriaacutengulo del Litiordquo Argentina - Bolivia - Chile

Salar de Uyuni Bolivia Salar de Atacama

Chile

Salar del Hombre Muerto Argentina

Ambiente de los salares

iquestImpacto en el ambiente

La Negra ChilePlanta

en Salta

Bateriacuteas comerciales de ioacuten-litio

Bateriacutea 18650

Bateriacuteas prismaacuteticas

ldquopackrdquo para notebook

Bateriacutea de ioacuten-litio

Bateriacutea de ioacuten-litio

Anodo Construido sobre una laacutemina de Cobre de 10-20 mm de espesor

Caacutetodo Construido sobre una laacutemina de Aluminio de 10-20 mm de espesor

Bateriacutea 18650 37 V 2100 mAh

Bateriacuteas Recargables de ioacuten Li+ en uso actual

CaacutetodoLiXCoO2

AnodoLiXC6

Solucioacuten de Electrolito Etilen-Carbonato amp Di-Metil Carbonato LiPF6 Voltaje 37 V Densidad de Energiacutea 150 WhKg

CathodeSurface films

AnodeSurface films

D Aurbach et Al Materials Today 2014

Anodos para Bateriacuteas recargables de ioacuten-Li

Li4Ti5O12 + 3Li+ + 3 e- harr Li7Ti5O12

Li1-xC6 + xLi+ + x e- harr LiC6

MX + 2eminus + 2Li+ M + Li2X

MX2 + eminus + Li+ + LiMX2

Insercioacuten

Conversioacuten

Capacidad Praacutectica 160 mAhg

LiC6

LiC12

Grafito

Oxido de Titanio

Anodos importantes en uso Compuestos de intercalacioacuten

Sn + xe- + xLi+ lt=gt LixSn x 44 gt900 mAhgSi + xe- + xLi+ lt=gt LixSi x 44 gt4000 mAhg

Problema se necesitan Nano estructuras

Capacidad Praacutectica 330 mAhg

12

16

20

240 50 100 150 50 100 150

12

16

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24

Voltag

e V

vs LiL

i+

Capacity mAhg-1

0 100 200 30000

04

08

12

100 200 30000

04

08

12

Voltag

e V

vs LiL

i+

Capacity mAhg-1

iquestY nosotros queacute podemos hacerDesarrollo de nuevos materiales

- Preparacioacuten de materiales- Caracterizacioacuten- Estudios Teoacutericos y Simulaciones

Desarrollo de nuevos materiales- Preparacioacuten de materiales- Caracterizacioacuten- Estudios Teoacutericos y Simulaciones

iquestY nosotros queacute podemos hacer

Metodologiacutea de trabajo Siacutentesis de materiales activos

Caracterizacioacuten estructural y morfoloacutegica

Ensamble de celda y caracterizacioacuten electroquiacutemica

ModeloTeoacuterico

Simulacioacuten Computacional

Anaacutelisis e Interpretacioacuten

Estudios Teoacutericos

Estudios Experimentales

Liacuteneas de trabajo en el LaES

- Desarrollo y caracterizacioacuten de materiales para aacutenodos Basados en Carbono Titanatos de litio Silicio y Estantildeo

- Desarrollo y caracterizacioacuten de materiales para caacutetodos Basados en Azufre

- Simulaciones computacionalesInsercioacuten de iones litio en grafito y titanatos de litioModelado de materiales de carbonos porosos(Dinaacutemica Molecular Teoriacutea DFT Mecaacutenica

Estadiacutestica Montecarlo)

iexclMuchas gracias

laeslabuncgmailcom

Algunos temas de trabajo- Materiales hiacutebridos basados en carbono como electrodos para bateriacuteas de Li

Dra Guillermina Luque

- Agregado de aditivos y modificacioacuten de separadores para mejorar la performance de baterias de litio-azufre Dr Germaacuten Lener Dra Andrea Calderoacuten Dra Victoria Bracamonte

- Construccioacuten y caracterizacioacuten experimental y teoacuterica de dispositivos de conversioacuten fotovoltaica basados en perovskitas de halogenuros organometaacutelicos

Dr Agustiacuten Sigal

- Trabajo experimental y teoacuterico de materiales para electrodos de bateriacuteas azufre-litio y ioacuten-litio

Dr Germaacuten Lener Dr Agustiacuten Sigal

Algunos temas de trabajo- Estudios de la insercioacuten de iones de Li en compuestos de intercalacioacuten utilizados como electrodos de celdas de ion-Li

Dr Eduardo Perassi

- Caacutelculos ab-initio y simulaciones computacionales de sistemas relacionados con bateriacuteas de Litio celdas de combustible y adsorcioacuten sobre superficies Dra Cecilia Gimenez y Dr Luis Reinaudi

- Materiales activos de electrodo basados en oacutexidos de titanio y titanatos de metales alcalinos para su aplicacioacuten como aacutenodos en bateriacuteas de ioacuten-litio

Dr Osvaldo Caacutemara y Dra Fabiana Oliva

- Partiacuteculas aislantes vs partiacuteculas conductoras Efectos de la percolacioacuten en la conduccioacuten eleacutectrica

Dr Patricio Veacutelez

Algunas estrategias de ensamble

pero no solo para

automoacutevileshellip

iquesthogares sutentables

Vectores - Oportunidades = Litio (como bateriacuteas de Litio)

bullBateriacuteas de ion-Li En 2007 se produjeron mundialmente 2500000000 de bateriacuteas de Li

Se proyecta una utilizacioacuten de 20000 t en la fabricacioacuten de bateriacuteas para vehiacuteculos eleacutectricos cuya produccioacuten estimada es de 500000 vehiacuteculos eleacutectricos en 2015 y 15 millones en 2020 Se consumen actualmente 100000 toneladas en el mercado mundial

Ameacuterica Latina concentra entre el 50 y el 80 de las reservas mundiales (Bolivia Chile Argentina)

El Litio es un material no contaminante (en todo caso antidepresivo)

Tecnologiacutea Madura

Bateriacutea de Cinc-Cobre Reacciones Reacutedox

Cu+2 + 2e rarr Cu Reduccioacuten Zn rarr Zn+2 + 2e Oxidacioacuten

Proceso netoCu+2 + Zn rarr Cu + Zn+2 11 Volts

Proceso Electroquiacutemico

Clasificacioacuten General

a)Bateriacuteas productoras de Energiacutea Bateriacuteas ldquoPrimariasrdquo

- Cinc-Carboacuten (comuacuten)- Cinc-Carboacuten Alcalinas- Tipo ldquobotoacutenrdquo (de reloj)

b) Bateriacuteas de almacenamiento de Energiacutea Bateriacuteas ldquoSecundariasrdquo o ldquoRecargablesrdquo

- Plomo-aacutecido- Niacutequel-Cadmio- Niacutequel-Metal hidruro- Litio metaacutelico (en desuso)- Ioacuten-Litio

Utiles como Vectores Energeacuteticos

Un solo uso

Quiacutemica de las Bateriacuteas mas comunes

1) ldquoPilardquo de Leclancheacute o ldquopila secardquo Cinc-carbon (Zn-C)

Zn (metal) pasta de NH4ClndashZnCl2 oacutexido de manganeso + carboacuten grafitoelectrodo (-) electrodo (+)

REACCIONES

Zn Zn2+(ac) + 2 e

ndash Anodo (-)

2 MnO2(s) + 2endash + hellip 2 MnO(OH)(s) + Caacutetodo (+)

Diferencia de Potencial Eleacutectrico

Voltaje 150 Volts

Bateriacuteas ldquoPrimariasrdquo

Aacutenodo de grafitoproceso de cargado

Colector de corriente

Grafeno

Nube de electrones

Bateriacutea de ion-litio

Anodo Construido sobre una laacutemina de Cobre de 10-20 mm de espesor

Caacutetodo Construido sobre una laacutemina de Aluminio de 10-20 mm de espesor

Bateriacutea 18650 37 V 2100 mAh

bullBateriacuteas de ion-Li En 2007 se produjeron mundialmente 2500000000 de bateriacuteas de Li

Se proyecta una utilizacioacuten de 20000 t de Litio en la fabricacioacuten de bateriacuteas para vehiacuteculos eleacutectricos cuya produccioacuten estimada es de 500000 vehiacuteculos eleacutectricos en 2015 y 15 millones en 2020 Se consumen actualmente 100000 toneladas en el mercado mundial

Ameacuterica Latina concentra entre el 50 y el 70 de las reservas mundiales (Bolivia Chile Argentina)

El Li es un material no contaminante(en todo caso antidepresivo)

Tecnologiacutea Madura

Datos Interesantes

Energiacuteas especiacuteficas

Minerales conteniendo Litio

54

Ocurrencia Li en la corteza terrestre 0006 (entre los 27 mas abundantes) Se conocen mas de 150 minerales portadores de Li

Yacimientos Minerales de Pegmatitas Presente en magmas de baja viscosidad Pegmatitas de estructura zonada Se encuentra junto a Casiterita Berilo Apatita Columbita Granate Turmalina Feldespato Cuarzo Micas y otros

Salmueras Naturales Lagos salinos y salares Yacimientos de evaporacioacuten (minerales evaporiacuteticos) Alta solubilidad del Cloruro de Li Zonas aacuteridas

Imagen Nombre Foacutermula de Li2O

Espodumeno Li2O Al2O34SiO2

(PF 37620)804

(37 Li)

Lepidolita Li2AlSi4O10(FOH)(PF 37334)

3 ndash 6(37 Li)

Zinnwaldita KLiFeAl2Si3O10(OHF)(PF 42011)

2 ndash 4(17 Li)

Ambligonita Li Al(FOH)PO4

(PF 14587)101

(48 Li)

Tipos de Minerales

- Explotacioacuten extraccioacuten de aguas subterraacuteneas salinas- Procesamiento - Bombeo de salmueras (conteniendo 300 - 1500 ppm Li+) - Evaporacioacuten y Concentracioacuten de Litio (aprox factor gt10) - Purificacioacuten de salmueras Agregado de Ca(OH)2

separacioacuten de Mg(OH)2 boacuterax sulfatos

- Adicioacuten de Na2CO3 obtencioacuten de Li2CO3

Recuperacioacuten de aprox 90 de Li de la salmuera inicialSubproductos KCl CaSO4 2H2O(yeso) Mg(OH)2 Boacuterax

Obtencioacuten de Litio desde los Salares

Li2CO3

Reservas de Litio a nivel global

Reservas desde salares

Ameacuterica del sur guarda el 75 de las reservas de Litio mundiales

iquestFuturo de las bateriacuteas de Ion-LibullBateriacuteas de litio-aire

iquestFuturo de las bateriacuteas de Ion-LibullBateriacuteas de litio-aire

Algunas conclusiones El almacenamiento de energiacutea hoy juega un rol determinante para reemplazar el petroacuteleo con energiacuteas alternativas

El desarrollo del aacutenodo de grafito significoacute un profundo salto en el desarrollo de las bateriacuteas de litio

Por su versatilidad la bateriacutea de ioacuten-litio puede satisfacer necesidades de requerimientos muy variados

Hoy es posible desarrollar e investigar bateriacuteas de ion-Li en la Argentina

Particularmente en nuestra universidad se estaacute investigando en el disentildeo estudio y preparacioacuten de materiales alternativos para electrodos de estas bateriacuteas

Litio

66

Siacutembolo quiacutemico LiNuacutemero Atoacutemico (Z) 3Elemento perteneciente al Grupo I Metales Alcalinos (1s2 2s1)Peso Atoacutemico 6941 umaEs el elemento metaacutelico maacutes liviano que existe a temperatura ambiente Soacutelido a temperatura ambienteIsoacutetopos 6 Li Abundancia 742 No Radioactivo

7 Li Abundancia 9258 No Radioactivo 5 Li 8 Li 9Li Isoacutetopos artificiales

Estado de Oxidacioacuten 1+ (catioacuten Li+)Radio atoacutemico 0152 nm (metal)Radio ioacutenico (Li+) 0060 nm

Caracteriacuteticas

67

Metal blanco lustre plateado y dureza de 06 (maacutes blando que el plomo) Densidad alrededor de la mitad del aguaEs altamente reactivo y se asemeja al sodio en su comportamiento quiacutemico El Cloruro de Litio es muy soluble en agua Los Carbonatos Fluoruros y Fosfatos de litio son muy poco solubles en agua Reacciona muy raacutepidamente con el aire (O2 y N2) y con agua

Debe ser almacenado sumergido en un liacutequido orgaacutenico (hidrocarburo) como nafta kerosene etc El metal arde fuertemente en aire con llama blanca brillante Las soluciones acuosas de Li+ imparten un color rojo carmesiacute a la llama

Litio y derivadosArbol de Litio

Ton Li 2CO

3

Uso proyectado en celulares

Yacimientos de minerales en Argentina

Pegmatitas Sierras Pampeanas San Luis CoacuterdobaSan Juan La Rioja Catamarca Salta Jujuy

Tipos de Minerales Silicatos Espodumeno LiAlSi2O6 (75 a 8 LiO2)

Petalita LiAlSi4O10

Micas Lepidolita K[LiAl]3[AlSi]4O10[FOH]2

Zinwaldita K[LiAlFe]3[AlSi]4O10[FOH]2

Fosfatos Litiofilita (MnLi)PO4

Ambligonita (LiNa)Al(FOH)PO4

Yacimientos en Argentina

Salares y Salmueras NaturalesZona de la Puna Salta Jujuy y Catamarca

Jujuy

Salta

Catamarca

Ambiente de los salares

iquestImpacto en el ambiente

La Negra ChilePlanta

en Salta

- La existencia de costras soacutelidas de sal es soacutelo una caracteriacutestica superficial que estaacute presente en algunos salares pero no es representativa de la complejidad del sistema

- Un salar tiene asociado un cuerpo subterraacuteneo de salmuera que lo alimenta y tiene diferentes lsquofaciesrsquo de sales en profundidad como cloruro de sodio (halita) cloruros y sulfatos de potasio y magnesio y otros sulfatos y carbonatos

Geologiacutea de un Salar

Produccioacuten Global de litio(en metal equivalente)

- La existencia de costras soacutelidas de sal es soacutelo una caracteriacutestica superficial que estaacute presente en algunos salares pero no es representativa de la complejidad del sistema

- Un salar tiene asociado un cuerpo subterraacuteneo de salmuera que lo alimenta y tiene diferentes lsquofaciesrsquo de sales en profundidad como cloruro de sodio (halita) cloruros y sulfatos de potasio y magnesio y otros sulfatos y carbonatos

Geologiacutea de un Salar

Aspectos de relevanciaConsumo y contaminacioacuten de agua impactos en el paisaje introduccioacuten de caminos de exploracioacuten en ecosistemas sensibles instalacioacuten de infraestructura impacto en la flora y fauna de la actividad industrial donde antes no la habiacutea generacioacuten de residuos soacutelidos y quiacutemicos

La salmuera es bombeada mediante perforaciones y luego se la expone al sol para

evaporar el liacutequido y concentrar los componentes de intereacutes La concentracioacuten de litio en las salmueras es baja y variacutea dentro de

cada salar y entre los distintos salares fluctuando entre unas pocas decenas de partes por milloacuten y poco maacutes de mil de acuerdo con

estos valores puede estimarse que por cada tonelada de litio extraiacuteda se evaporan alrededor

de dos millones de litros de agua clara evidencia de que la mineriacutea del litio en salares es

una mineriacutea del agua

iquestA quieacuten impacta

ldquoNo puede ni debe realizarse ninguacuten tipo de actividad minera sin el consentimiento libre previo e informado de las comunidades involucradasrdquo

Y nosotros que podemos hacerDesarrollo de nuevos materialesPreparacioacuten de materiales

CaracterizacioacutenEstudios Teoacutericos

Y nosotros que podemos hacerDesarrollo de nuevos materialesPreparacioacuten de materiales

CaracterizacioacutenEstudios Teoacutericos

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IMPORTANCIA DE LOS VECTORES ENERGETICOS

Las ENERGIacuteAS SUSTENTABLES emergentes

(solar eoacutelica etc) son DISCONTINUAS

Es necesario su ALMACENAMIENTO

Vectores EnergeacuteticosSe llama vectores energeacuteticos a aquellas sustancias o dispositivos que almacenan energiacutea de tal manera que eacutesta pueda liberarse posteriormente de forma controlada

Se diferencian de las fuentes primarias de energiacutea en que a diferencia de eacutestas se trata de productos manufacturados en los que previamente se ha invertido una cantidad de energiacutea mayor para su elaboracioacuten

Vectores - Bateriacuteas recargables (de ioacuten-litio)- Hidroacutegeno (uso en celdas de combustible)- Otroshelliphellip

BateriacuteasiquestSon nuevas las bateriacuteas

Imperio Parto (247 AC ndash 224 DC) 2000 antildeos de antiguumledadUna jarra de arcilla estaba llena con una solucioacuten de vinagre en la que se ubicaba una barra de hierro rodeadas por un cilindro de cobre Diferencia de potencial de 11 a 2 Voltios

Bagdad - 1936

Alessandro Volta

Cinc = -076 V

Plomo = -013 V

Estantildeo = -107 V

Hierro = -004 V

Cobre = 0159 V

Plata = 198 V

Oro = 183 V

Carbon = 013 V

Luigi Galvani (1780) ldquoelectricidad animalrdquo o

ldquofluido nerveo eleacutectricordquo

ldquopilardquo de Volta (1796)

Bateriacuteas ldquoRecargablesrdquo proceso electroquiacutemico reversible

1)Bateriacutea de Plomo-aacutecido (PbH2SO4)

Pb (metal) H2SO4(ac) oacutexido de plomo (PbO2)electrodo (-) electrodo (+)

REACCIONES

Pb + H2SO4(ac) PbSO4(s) + 2H+ + 2e- Anodo (-)

PbO2(s) + H2SO4(ac) + 2H+ + 2endash PbSO4(s) + 2H2O Caacutetodo (+)

Proceso Neto (descarga)

Pb + PbO2(s) + 2H2SO4(ac) 2PbSO4(s) + 2H2O

Voltaje 21 - 22 V

2) Bateriacutea de Litio metaacutelico Li oacutexido metaacutelico

Li (metal) solvente orgaacutenico oacutexido de metal (Co Ni Mn)electrodo (-) electrodo (+)

REACCIONES Li(metaacutelico) Li+ + e- Anodo (-)

CoO2(s) + Li+ + endash LiCoO2(s) Caacutetodo (+)

Proceso Neto (descarga) Li + CoO2(s) LiCoO2(s) 37 - 39 V

Proceso de Recarga LiCoO2(s) Li + CoO2(s)

SistemaSelladoaislado de 02 y agua

Problemas del aacutenodo de litio metal

Aacutenodo Litio

metal(-)

Caacutetodo(+)

Electrolito

Crecimiento de dendritas durante los ciclos de recarga

Separador

3) Bateriacutea de ioacuten-Litio C6(Li) oacutexido metaacutelico

Grafito(Li+) solv orgaacutenico + sal de litio oacutexido de metal (Co Ni Mn)electrodo (-) electrodo (+)

REACCIONES C6-(Li+) C6 + Li+ + e- Anodo (-)

CoO2(s) + Li+ + endash LiCoO2(s) Caacutetodo (+)

Proceso Neto (descarga) C6(Li) + CoO2(s) C6 + LiCoO2(s) 36-37 V

Proceso de Recarga C6 + LiCoO2(s) C6(Li) + CoO2(s)

SistemaSellado

Aacutenodo de grafito (C6)

Orbitales deslocalizados

TecnologiacuteaSony comercializoacute la primer bateriacutea de Ion Li en 1991

En 2011 las bateriacuteas de ion-Li abarcaron el 66 de todas las bateriacuteas recargables en Japoacuten

iquestPor queacute pensar HOY en Bateriacuteas de Litio

Ambiente

1832-1930 2030

iquestPor queacute pensar HOY en Bateriacuteas de Litio

Ambientey

EnergiacuteaCO2

ldquo0rdquo emision

90 eficiencia

Enficiencia gt 40 oacute gt70

Eficiencia - 50-60

Eficiencia lt 25

CO2

etc

Bio-fuel y Petroleo Baja Eficiencia

iquestPor queacute pensar HOY en Bateriacuteas de Litio

Una bateriacutea de ion-Litio require 03 Kg de metal Li o 14 and 15 kg of Li2CO3 por kWh de capacidad de bateriacutea

Auto hiacutebrido promedio utiliza unos 5-20 kWh en bateriacuteas Esto es 15 kg of Litio o 7 kg of Li2CO3 por auto

Un auto totalmente eleacutectrico require bateriacuteas de 90 kWh Esto es 3 kg de Litio o 13 kg de Li2CO3 por auto

El precio de las bateriacuteas de ion-litio va desde 300 ndash 800 u$s kWh (comparada a 50-100 u$s kWh para la tecnologiacutea de Plomo aacutecido)

Distribucioacuten geograacutefica del Litio

Salares

Minerales

Bolivia

Chile

Argentina

Yacimientos en Bolivia ndash Chile ndash ArgentinaEn nuestros Salares aprox 80 de los recursos mundiales

Yacimientos de Salares en LatinoameacutericaldquoTriaacutengulo del Litiordquo Argentina - Bolivia - Chile

Salar de Uyuni Bolivia Salar de Atacama

Chile

Salar del Hombre Muerto Argentina

Ambiente de los salares

iquestImpacto en el ambiente

La Negra ChilePlanta

en Salta

Bateriacuteas comerciales de ioacuten-litio

Bateriacutea 18650

Bateriacuteas prismaacuteticas

ldquopackrdquo para notebook

Bateriacutea de ioacuten-litio

Bateriacutea de ioacuten-litio

Anodo Construido sobre una laacutemina de Cobre de 10-20 mm de espesor

Caacutetodo Construido sobre una laacutemina de Aluminio de 10-20 mm de espesor

Bateriacutea 18650 37 V 2100 mAh

Bateriacuteas Recargables de ioacuten Li+ en uso actual

CaacutetodoLiXCoO2

AnodoLiXC6

Solucioacuten de Electrolito Etilen-Carbonato amp Di-Metil Carbonato LiPF6 Voltaje 37 V Densidad de Energiacutea 150 WhKg

CathodeSurface films

AnodeSurface films

D Aurbach et Al Materials Today 2014

Anodos para Bateriacuteas recargables de ioacuten-Li

Li4Ti5O12 + 3Li+ + 3 e- harr Li7Ti5O12

Li1-xC6 + xLi+ + x e- harr LiC6

MX + 2eminus + 2Li+ M + Li2X

MX2 + eminus + Li+ + LiMX2

Insercioacuten

Conversioacuten

Capacidad Praacutectica 160 mAhg

LiC6

LiC12

Grafito

Oxido de Titanio

Anodos importantes en uso Compuestos de intercalacioacuten

Sn + xe- + xLi+ lt=gt LixSn x 44 gt900 mAhgSi + xe- + xLi+ lt=gt LixSi x 44 gt4000 mAhg

Problema se necesitan Nano estructuras

Capacidad Praacutectica 330 mAhg

12

16

20

240 50 100 150 50 100 150

12

16

20

24

Voltag

e V

vs LiL

i+

Capacity mAhg-1

0 100 200 30000

04

08

12

100 200 30000

04

08

12

Voltag

e V

vs LiL

i+

Capacity mAhg-1

iquestY nosotros queacute podemos hacerDesarrollo de nuevos materiales

- Preparacioacuten de materiales- Caracterizacioacuten- Estudios Teoacutericos y Simulaciones

Desarrollo de nuevos materiales- Preparacioacuten de materiales- Caracterizacioacuten- Estudios Teoacutericos y Simulaciones

iquestY nosotros queacute podemos hacer

Metodologiacutea de trabajo Siacutentesis de materiales activos

Caracterizacioacuten estructural y morfoloacutegica

Ensamble de celda y caracterizacioacuten electroquiacutemica

ModeloTeoacuterico

Simulacioacuten Computacional

Anaacutelisis e Interpretacioacuten

Estudios Teoacutericos

Estudios Experimentales

Liacuteneas de trabajo en el LaES

- Desarrollo y caracterizacioacuten de materiales para aacutenodos Basados en Carbono Titanatos de litio Silicio y Estantildeo

- Desarrollo y caracterizacioacuten de materiales para caacutetodos Basados en Azufre

- Simulaciones computacionalesInsercioacuten de iones litio en grafito y titanatos de litioModelado de materiales de carbonos porosos(Dinaacutemica Molecular Teoriacutea DFT Mecaacutenica

Estadiacutestica Montecarlo)

iexclMuchas gracias

laeslabuncgmailcom

Algunos temas de trabajo- Materiales hiacutebridos basados en carbono como electrodos para bateriacuteas de Li

Dra Guillermina Luque

- Agregado de aditivos y modificacioacuten de separadores para mejorar la performance de baterias de litio-azufre Dr Germaacuten Lener Dra Andrea Calderoacuten Dra Victoria Bracamonte

- Construccioacuten y caracterizacioacuten experimental y teoacuterica de dispositivos de conversioacuten fotovoltaica basados en perovskitas de halogenuros organometaacutelicos

Dr Agustiacuten Sigal

- Trabajo experimental y teoacuterico de materiales para electrodos de bateriacuteas azufre-litio y ioacuten-litio

Dr Germaacuten Lener Dr Agustiacuten Sigal

Algunos temas de trabajo- Estudios de la insercioacuten de iones de Li en compuestos de intercalacioacuten utilizados como electrodos de celdas de ion-Li

Dr Eduardo Perassi

- Caacutelculos ab-initio y simulaciones computacionales de sistemas relacionados con bateriacuteas de Litio celdas de combustible y adsorcioacuten sobre superficies Dra Cecilia Gimenez y Dr Luis Reinaudi

- Materiales activos de electrodo basados en oacutexidos de titanio y titanatos de metales alcalinos para su aplicacioacuten como aacutenodos en bateriacuteas de ioacuten-litio

Dr Osvaldo Caacutemara y Dra Fabiana Oliva

- Partiacuteculas aislantes vs partiacuteculas conductoras Efectos de la percolacioacuten en la conduccioacuten eleacutectrica

Dr Patricio Veacutelez

Algunas estrategias de ensamble

pero no solo para

automoacutevileshellip

iquesthogares sutentables

Vectores - Oportunidades = Litio (como bateriacuteas de Litio)

bullBateriacuteas de ion-Li En 2007 se produjeron mundialmente 2500000000 de bateriacuteas de Li

Se proyecta una utilizacioacuten de 20000 t en la fabricacioacuten de bateriacuteas para vehiacuteculos eleacutectricos cuya produccioacuten estimada es de 500000 vehiacuteculos eleacutectricos en 2015 y 15 millones en 2020 Se consumen actualmente 100000 toneladas en el mercado mundial

Ameacuterica Latina concentra entre el 50 y el 80 de las reservas mundiales (Bolivia Chile Argentina)

El Litio es un material no contaminante (en todo caso antidepresivo)

Tecnologiacutea Madura

Bateriacutea de Cinc-Cobre Reacciones Reacutedox

Cu+2 + 2e rarr Cu Reduccioacuten Zn rarr Zn+2 + 2e Oxidacioacuten

Proceso netoCu+2 + Zn rarr Cu + Zn+2 11 Volts

Proceso Electroquiacutemico

Clasificacioacuten General

a)Bateriacuteas productoras de Energiacutea Bateriacuteas ldquoPrimariasrdquo

- Cinc-Carboacuten (comuacuten)- Cinc-Carboacuten Alcalinas- Tipo ldquobotoacutenrdquo (de reloj)

b) Bateriacuteas de almacenamiento de Energiacutea Bateriacuteas ldquoSecundariasrdquo o ldquoRecargablesrdquo

- Plomo-aacutecido- Niacutequel-Cadmio- Niacutequel-Metal hidruro- Litio metaacutelico (en desuso)- Ioacuten-Litio

Utiles como Vectores Energeacuteticos

Un solo uso

Quiacutemica de las Bateriacuteas mas comunes

1) ldquoPilardquo de Leclancheacute o ldquopila secardquo Cinc-carbon (Zn-C)

Zn (metal) pasta de NH4ClndashZnCl2 oacutexido de manganeso + carboacuten grafitoelectrodo (-) electrodo (+)

REACCIONES

Zn Zn2+(ac) + 2 e

ndash Anodo (-)

2 MnO2(s) + 2endash + hellip 2 MnO(OH)(s) + Caacutetodo (+)

Diferencia de Potencial Eleacutectrico

Voltaje 150 Volts

Bateriacuteas ldquoPrimariasrdquo

Aacutenodo de grafitoproceso de cargado

Colector de corriente

Grafeno

Nube de electrones

Bateriacutea de ion-litio

Anodo Construido sobre una laacutemina de Cobre de 10-20 mm de espesor

Caacutetodo Construido sobre una laacutemina de Aluminio de 10-20 mm de espesor

Bateriacutea 18650 37 V 2100 mAh

bullBateriacuteas de ion-Li En 2007 se produjeron mundialmente 2500000000 de bateriacuteas de Li

Se proyecta una utilizacioacuten de 20000 t de Litio en la fabricacioacuten de bateriacuteas para vehiacuteculos eleacutectricos cuya produccioacuten estimada es de 500000 vehiacuteculos eleacutectricos en 2015 y 15 millones en 2020 Se consumen actualmente 100000 toneladas en el mercado mundial

Ameacuterica Latina concentra entre el 50 y el 70 de las reservas mundiales (Bolivia Chile Argentina)

El Li es un material no contaminante(en todo caso antidepresivo)

Tecnologiacutea Madura

Datos Interesantes

Energiacuteas especiacuteficas

Minerales conteniendo Litio

54

Ocurrencia Li en la corteza terrestre 0006 (entre los 27 mas abundantes) Se conocen mas de 150 minerales portadores de Li

Yacimientos Minerales de Pegmatitas Presente en magmas de baja viscosidad Pegmatitas de estructura zonada Se encuentra junto a Casiterita Berilo Apatita Columbita Granate Turmalina Feldespato Cuarzo Micas y otros

Salmueras Naturales Lagos salinos y salares Yacimientos de evaporacioacuten (minerales evaporiacuteticos) Alta solubilidad del Cloruro de Li Zonas aacuteridas

Imagen Nombre Foacutermula de Li2O

Espodumeno Li2O Al2O34SiO2

(PF 37620)804

(37 Li)

Lepidolita Li2AlSi4O10(FOH)(PF 37334)

3 ndash 6(37 Li)

Zinnwaldita KLiFeAl2Si3O10(OHF)(PF 42011)

2 ndash 4(17 Li)

Ambligonita Li Al(FOH)PO4

(PF 14587)101

(48 Li)

Tipos de Minerales

- Explotacioacuten extraccioacuten de aguas subterraacuteneas salinas- Procesamiento - Bombeo de salmueras (conteniendo 300 - 1500 ppm Li+) - Evaporacioacuten y Concentracioacuten de Litio (aprox factor gt10) - Purificacioacuten de salmueras Agregado de Ca(OH)2

separacioacuten de Mg(OH)2 boacuterax sulfatos

- Adicioacuten de Na2CO3 obtencioacuten de Li2CO3

Recuperacioacuten de aprox 90 de Li de la salmuera inicialSubproductos KCl CaSO4 2H2O(yeso) Mg(OH)2 Boacuterax

Obtencioacuten de Litio desde los Salares

Li2CO3

Reservas de Litio a nivel global

Reservas desde salares

Ameacuterica del sur guarda el 75 de las reservas de Litio mundiales

iquestFuturo de las bateriacuteas de Ion-LibullBateriacuteas de litio-aire

iquestFuturo de las bateriacuteas de Ion-LibullBateriacuteas de litio-aire

Algunas conclusiones El almacenamiento de energiacutea hoy juega un rol determinante para reemplazar el petroacuteleo con energiacuteas alternativas

El desarrollo del aacutenodo de grafito significoacute un profundo salto en el desarrollo de las bateriacuteas de litio

Por su versatilidad la bateriacutea de ioacuten-litio puede satisfacer necesidades de requerimientos muy variados

Hoy es posible desarrollar e investigar bateriacuteas de ion-Li en la Argentina

Particularmente en nuestra universidad se estaacute investigando en el disentildeo estudio y preparacioacuten de materiales alternativos para electrodos de estas bateriacuteas

Litio

66

Siacutembolo quiacutemico LiNuacutemero Atoacutemico (Z) 3Elemento perteneciente al Grupo I Metales Alcalinos (1s2 2s1)Peso Atoacutemico 6941 umaEs el elemento metaacutelico maacutes liviano que existe a temperatura ambiente Soacutelido a temperatura ambienteIsoacutetopos 6 Li Abundancia 742 No Radioactivo

7 Li Abundancia 9258 No Radioactivo 5 Li 8 Li 9Li Isoacutetopos artificiales

Estado de Oxidacioacuten 1+ (catioacuten Li+)Radio atoacutemico 0152 nm (metal)Radio ioacutenico (Li+) 0060 nm

Caracteriacuteticas

67

Metal blanco lustre plateado y dureza de 06 (maacutes blando que el plomo) Densidad alrededor de la mitad del aguaEs altamente reactivo y se asemeja al sodio en su comportamiento quiacutemico El Cloruro de Litio es muy soluble en agua Los Carbonatos Fluoruros y Fosfatos de litio son muy poco solubles en agua Reacciona muy raacutepidamente con el aire (O2 y N2) y con agua

Debe ser almacenado sumergido en un liacutequido orgaacutenico (hidrocarburo) como nafta kerosene etc El metal arde fuertemente en aire con llama blanca brillante Las soluciones acuosas de Li+ imparten un color rojo carmesiacute a la llama

Litio y derivadosArbol de Litio

Ton Li 2CO

3

Uso proyectado en celulares

Yacimientos de minerales en Argentina

Pegmatitas Sierras Pampeanas San Luis CoacuterdobaSan Juan La Rioja Catamarca Salta Jujuy

Tipos de Minerales Silicatos Espodumeno LiAlSi2O6 (75 a 8 LiO2)

Petalita LiAlSi4O10

Micas Lepidolita K[LiAl]3[AlSi]4O10[FOH]2

Zinwaldita K[LiAlFe]3[AlSi]4O10[FOH]2

Fosfatos Litiofilita (MnLi)PO4

Ambligonita (LiNa)Al(FOH)PO4

Yacimientos en Argentina

Salares y Salmueras NaturalesZona de la Puna Salta Jujuy y Catamarca

Jujuy

Salta

Catamarca

Ambiente de los salares

iquestImpacto en el ambiente

La Negra ChilePlanta

en Salta

- La existencia de costras soacutelidas de sal es soacutelo una caracteriacutestica superficial que estaacute presente en algunos salares pero no es representativa de la complejidad del sistema

- Un salar tiene asociado un cuerpo subterraacuteneo de salmuera que lo alimenta y tiene diferentes lsquofaciesrsquo de sales en profundidad como cloruro de sodio (halita) cloruros y sulfatos de potasio y magnesio y otros sulfatos y carbonatos

Geologiacutea de un Salar

Produccioacuten Global de litio(en metal equivalente)

- La existencia de costras soacutelidas de sal es soacutelo una caracteriacutestica superficial que estaacute presente en algunos salares pero no es representativa de la complejidad del sistema

- Un salar tiene asociado un cuerpo subterraacuteneo de salmuera que lo alimenta y tiene diferentes lsquofaciesrsquo de sales en profundidad como cloruro de sodio (halita) cloruros y sulfatos de potasio y magnesio y otros sulfatos y carbonatos

Geologiacutea de un Salar

Aspectos de relevanciaConsumo y contaminacioacuten de agua impactos en el paisaje introduccioacuten de caminos de exploracioacuten en ecosistemas sensibles instalacioacuten de infraestructura impacto en la flora y fauna de la actividad industrial donde antes no la habiacutea generacioacuten de residuos soacutelidos y quiacutemicos

La salmuera es bombeada mediante perforaciones y luego se la expone al sol para

evaporar el liacutequido y concentrar los componentes de intereacutes La concentracioacuten de litio en las salmueras es baja y variacutea dentro de

cada salar y entre los distintos salares fluctuando entre unas pocas decenas de partes por milloacuten y poco maacutes de mil de acuerdo con

estos valores puede estimarse que por cada tonelada de litio extraiacuteda se evaporan alrededor

de dos millones de litros de agua clara evidencia de que la mineriacutea del litio en salares es

una mineriacutea del agua

iquestA quieacuten impacta

ldquoNo puede ni debe realizarse ninguacuten tipo de actividad minera sin el consentimiento libre previo e informado de las comunidades involucradasrdquo

Y nosotros que podemos hacerDesarrollo de nuevos materialesPreparacioacuten de materiales

CaracterizacioacutenEstudios Teoacutericos

Y nosotros que podemos hacerDesarrollo de nuevos materialesPreparacioacuten de materiales

CaracterizacioacutenEstudios Teoacutericos

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Page 8: Presentación de PowerPoint - famaf.unc.edu.ar · Oxido de Titanio Anodos importantes en uso Compuestos de intercalación Sn + xe-+ xLi+  Li ... Ensamble de celda y caracterización

Vectores EnergeacuteticosSe llama vectores energeacuteticos a aquellas sustancias o dispositivos que almacenan energiacutea de tal manera que eacutesta pueda liberarse posteriormente de forma controlada

Se diferencian de las fuentes primarias de energiacutea en que a diferencia de eacutestas se trata de productos manufacturados en los que previamente se ha invertido una cantidad de energiacutea mayor para su elaboracioacuten

Vectores - Bateriacuteas recargables (de ioacuten-litio)- Hidroacutegeno (uso en celdas de combustible)- Otroshelliphellip

BateriacuteasiquestSon nuevas las bateriacuteas

Imperio Parto (247 AC ndash 224 DC) 2000 antildeos de antiguumledadUna jarra de arcilla estaba llena con una solucioacuten de vinagre en la que se ubicaba una barra de hierro rodeadas por un cilindro de cobre Diferencia de potencial de 11 a 2 Voltios

Bagdad - 1936

Alessandro Volta

Cinc = -076 V

Plomo = -013 V

Estantildeo = -107 V

Hierro = -004 V

Cobre = 0159 V

Plata = 198 V

Oro = 183 V

Carbon = 013 V

Luigi Galvani (1780) ldquoelectricidad animalrdquo o

ldquofluido nerveo eleacutectricordquo

ldquopilardquo de Volta (1796)

Bateriacuteas ldquoRecargablesrdquo proceso electroquiacutemico reversible

1)Bateriacutea de Plomo-aacutecido (PbH2SO4)

Pb (metal) H2SO4(ac) oacutexido de plomo (PbO2)electrodo (-) electrodo (+)

REACCIONES

Pb + H2SO4(ac) PbSO4(s) + 2H+ + 2e- Anodo (-)

PbO2(s) + H2SO4(ac) + 2H+ + 2endash PbSO4(s) + 2H2O Caacutetodo (+)

Proceso Neto (descarga)

Pb + PbO2(s) + 2H2SO4(ac) 2PbSO4(s) + 2H2O

Voltaje 21 - 22 V

2) Bateriacutea de Litio metaacutelico Li oacutexido metaacutelico

Li (metal) solvente orgaacutenico oacutexido de metal (Co Ni Mn)electrodo (-) electrodo (+)

REACCIONES Li(metaacutelico) Li+ + e- Anodo (-)

CoO2(s) + Li+ + endash LiCoO2(s) Caacutetodo (+)

Proceso Neto (descarga) Li + CoO2(s) LiCoO2(s) 37 - 39 V

Proceso de Recarga LiCoO2(s) Li + CoO2(s)

SistemaSelladoaislado de 02 y agua

Problemas del aacutenodo de litio metal

Aacutenodo Litio

metal(-)

Caacutetodo(+)

Electrolito

Crecimiento de dendritas durante los ciclos de recarga

Separador

3) Bateriacutea de ioacuten-Litio C6(Li) oacutexido metaacutelico

Grafito(Li+) solv orgaacutenico + sal de litio oacutexido de metal (Co Ni Mn)electrodo (-) electrodo (+)

REACCIONES C6-(Li+) C6 + Li+ + e- Anodo (-)

CoO2(s) + Li+ + endash LiCoO2(s) Caacutetodo (+)

Proceso Neto (descarga) C6(Li) + CoO2(s) C6 + LiCoO2(s) 36-37 V

Proceso de Recarga C6 + LiCoO2(s) C6(Li) + CoO2(s)

SistemaSellado

Aacutenodo de grafito (C6)

Orbitales deslocalizados

TecnologiacuteaSony comercializoacute la primer bateriacutea de Ion Li en 1991

En 2011 las bateriacuteas de ion-Li abarcaron el 66 de todas las bateriacuteas recargables en Japoacuten

iquestPor queacute pensar HOY en Bateriacuteas de Litio

Ambiente

1832-1930 2030

iquestPor queacute pensar HOY en Bateriacuteas de Litio

Ambientey

EnergiacuteaCO2

ldquo0rdquo emision

90 eficiencia

Enficiencia gt 40 oacute gt70

Eficiencia - 50-60

Eficiencia lt 25

CO2

etc

Bio-fuel y Petroleo Baja Eficiencia

iquestPor queacute pensar HOY en Bateriacuteas de Litio

Una bateriacutea de ion-Litio require 03 Kg de metal Li o 14 and 15 kg of Li2CO3 por kWh de capacidad de bateriacutea

Auto hiacutebrido promedio utiliza unos 5-20 kWh en bateriacuteas Esto es 15 kg of Litio o 7 kg of Li2CO3 por auto

Un auto totalmente eleacutectrico require bateriacuteas de 90 kWh Esto es 3 kg de Litio o 13 kg de Li2CO3 por auto

El precio de las bateriacuteas de ion-litio va desde 300 ndash 800 u$s kWh (comparada a 50-100 u$s kWh para la tecnologiacutea de Plomo aacutecido)

Distribucioacuten geograacutefica del Litio

Salares

Minerales

Bolivia

Chile

Argentina

Yacimientos en Bolivia ndash Chile ndash ArgentinaEn nuestros Salares aprox 80 de los recursos mundiales

Yacimientos de Salares en LatinoameacutericaldquoTriaacutengulo del Litiordquo Argentina - Bolivia - Chile

Salar de Uyuni Bolivia Salar de Atacama

Chile

Salar del Hombre Muerto Argentina

Ambiente de los salares

iquestImpacto en el ambiente

La Negra ChilePlanta

en Salta

Bateriacuteas comerciales de ioacuten-litio

Bateriacutea 18650

Bateriacuteas prismaacuteticas

ldquopackrdquo para notebook

Bateriacutea de ioacuten-litio

Bateriacutea de ioacuten-litio

Anodo Construido sobre una laacutemina de Cobre de 10-20 mm de espesor

Caacutetodo Construido sobre una laacutemina de Aluminio de 10-20 mm de espesor

Bateriacutea 18650 37 V 2100 mAh

Bateriacuteas Recargables de ioacuten Li+ en uso actual

CaacutetodoLiXCoO2

AnodoLiXC6

Solucioacuten de Electrolito Etilen-Carbonato amp Di-Metil Carbonato LiPF6 Voltaje 37 V Densidad de Energiacutea 150 WhKg

CathodeSurface films

AnodeSurface films

D Aurbach et Al Materials Today 2014

Anodos para Bateriacuteas recargables de ioacuten-Li

Li4Ti5O12 + 3Li+ + 3 e- harr Li7Ti5O12

Li1-xC6 + xLi+ + x e- harr LiC6

MX + 2eminus + 2Li+ M + Li2X

MX2 + eminus + Li+ + LiMX2

Insercioacuten

Conversioacuten

Capacidad Praacutectica 160 mAhg

LiC6

LiC12

Grafito

Oxido de Titanio

Anodos importantes en uso Compuestos de intercalacioacuten

Sn + xe- + xLi+ lt=gt LixSn x 44 gt900 mAhgSi + xe- + xLi+ lt=gt LixSi x 44 gt4000 mAhg

Problema se necesitan Nano estructuras

Capacidad Praacutectica 330 mAhg

12

16

20

240 50 100 150 50 100 150

12

16

20

24

Voltag

e V

vs LiL

i+

Capacity mAhg-1

0 100 200 30000

04

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100 200 30000

04

08

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Voltag

e V

vs LiL

i+

Capacity mAhg-1

iquestY nosotros queacute podemos hacerDesarrollo de nuevos materiales

- Preparacioacuten de materiales- Caracterizacioacuten- Estudios Teoacutericos y Simulaciones

Desarrollo de nuevos materiales- Preparacioacuten de materiales- Caracterizacioacuten- Estudios Teoacutericos y Simulaciones

iquestY nosotros queacute podemos hacer

Metodologiacutea de trabajo Siacutentesis de materiales activos

Caracterizacioacuten estructural y morfoloacutegica

Ensamble de celda y caracterizacioacuten electroquiacutemica

ModeloTeoacuterico

Simulacioacuten Computacional

Anaacutelisis e Interpretacioacuten

Estudios Teoacutericos

Estudios Experimentales

Liacuteneas de trabajo en el LaES

- Desarrollo y caracterizacioacuten de materiales para aacutenodos Basados en Carbono Titanatos de litio Silicio y Estantildeo

- Desarrollo y caracterizacioacuten de materiales para caacutetodos Basados en Azufre

- Simulaciones computacionalesInsercioacuten de iones litio en grafito y titanatos de litioModelado de materiales de carbonos porosos(Dinaacutemica Molecular Teoriacutea DFT Mecaacutenica

Estadiacutestica Montecarlo)

iexclMuchas gracias

laeslabuncgmailcom

Algunos temas de trabajo- Materiales hiacutebridos basados en carbono como electrodos para bateriacuteas de Li

Dra Guillermina Luque

- Agregado de aditivos y modificacioacuten de separadores para mejorar la performance de baterias de litio-azufre Dr Germaacuten Lener Dra Andrea Calderoacuten Dra Victoria Bracamonte

- Construccioacuten y caracterizacioacuten experimental y teoacuterica de dispositivos de conversioacuten fotovoltaica basados en perovskitas de halogenuros organometaacutelicos

Dr Agustiacuten Sigal

- Trabajo experimental y teoacuterico de materiales para electrodos de bateriacuteas azufre-litio y ioacuten-litio

Dr Germaacuten Lener Dr Agustiacuten Sigal

Algunos temas de trabajo- Estudios de la insercioacuten de iones de Li en compuestos de intercalacioacuten utilizados como electrodos de celdas de ion-Li

Dr Eduardo Perassi

- Caacutelculos ab-initio y simulaciones computacionales de sistemas relacionados con bateriacuteas de Litio celdas de combustible y adsorcioacuten sobre superficies Dra Cecilia Gimenez y Dr Luis Reinaudi

- Materiales activos de electrodo basados en oacutexidos de titanio y titanatos de metales alcalinos para su aplicacioacuten como aacutenodos en bateriacuteas de ioacuten-litio

Dr Osvaldo Caacutemara y Dra Fabiana Oliva

- Partiacuteculas aislantes vs partiacuteculas conductoras Efectos de la percolacioacuten en la conduccioacuten eleacutectrica

Dr Patricio Veacutelez

Algunas estrategias de ensamble

pero no solo para

automoacutevileshellip

iquesthogares sutentables

Vectores - Oportunidades = Litio (como bateriacuteas de Litio)

bullBateriacuteas de ion-Li En 2007 se produjeron mundialmente 2500000000 de bateriacuteas de Li

Se proyecta una utilizacioacuten de 20000 t en la fabricacioacuten de bateriacuteas para vehiacuteculos eleacutectricos cuya produccioacuten estimada es de 500000 vehiacuteculos eleacutectricos en 2015 y 15 millones en 2020 Se consumen actualmente 100000 toneladas en el mercado mundial

Ameacuterica Latina concentra entre el 50 y el 80 de las reservas mundiales (Bolivia Chile Argentina)

El Litio es un material no contaminante (en todo caso antidepresivo)

Tecnologiacutea Madura

Bateriacutea de Cinc-Cobre Reacciones Reacutedox

Cu+2 + 2e rarr Cu Reduccioacuten Zn rarr Zn+2 + 2e Oxidacioacuten

Proceso netoCu+2 + Zn rarr Cu + Zn+2 11 Volts

Proceso Electroquiacutemico

Clasificacioacuten General

a)Bateriacuteas productoras de Energiacutea Bateriacuteas ldquoPrimariasrdquo

- Cinc-Carboacuten (comuacuten)- Cinc-Carboacuten Alcalinas- Tipo ldquobotoacutenrdquo (de reloj)

b) Bateriacuteas de almacenamiento de Energiacutea Bateriacuteas ldquoSecundariasrdquo o ldquoRecargablesrdquo

- Plomo-aacutecido- Niacutequel-Cadmio- Niacutequel-Metal hidruro- Litio metaacutelico (en desuso)- Ioacuten-Litio

Utiles como Vectores Energeacuteticos

Un solo uso

Quiacutemica de las Bateriacuteas mas comunes

1) ldquoPilardquo de Leclancheacute o ldquopila secardquo Cinc-carbon (Zn-C)

Zn (metal) pasta de NH4ClndashZnCl2 oacutexido de manganeso + carboacuten grafitoelectrodo (-) electrodo (+)

REACCIONES

Zn Zn2+(ac) + 2 e

ndash Anodo (-)

2 MnO2(s) + 2endash + hellip 2 MnO(OH)(s) + Caacutetodo (+)

Diferencia de Potencial Eleacutectrico

Voltaje 150 Volts

Bateriacuteas ldquoPrimariasrdquo

Aacutenodo de grafitoproceso de cargado

Colector de corriente

Grafeno

Nube de electrones

Bateriacutea de ion-litio

Anodo Construido sobre una laacutemina de Cobre de 10-20 mm de espesor

Caacutetodo Construido sobre una laacutemina de Aluminio de 10-20 mm de espesor

Bateriacutea 18650 37 V 2100 mAh

bullBateriacuteas de ion-Li En 2007 se produjeron mundialmente 2500000000 de bateriacuteas de Li

Se proyecta una utilizacioacuten de 20000 t de Litio en la fabricacioacuten de bateriacuteas para vehiacuteculos eleacutectricos cuya produccioacuten estimada es de 500000 vehiacuteculos eleacutectricos en 2015 y 15 millones en 2020 Se consumen actualmente 100000 toneladas en el mercado mundial

Ameacuterica Latina concentra entre el 50 y el 70 de las reservas mundiales (Bolivia Chile Argentina)

El Li es un material no contaminante(en todo caso antidepresivo)

Tecnologiacutea Madura

Datos Interesantes

Energiacuteas especiacuteficas

Minerales conteniendo Litio

54

Ocurrencia Li en la corteza terrestre 0006 (entre los 27 mas abundantes) Se conocen mas de 150 minerales portadores de Li

Yacimientos Minerales de Pegmatitas Presente en magmas de baja viscosidad Pegmatitas de estructura zonada Se encuentra junto a Casiterita Berilo Apatita Columbita Granate Turmalina Feldespato Cuarzo Micas y otros

Salmueras Naturales Lagos salinos y salares Yacimientos de evaporacioacuten (minerales evaporiacuteticos) Alta solubilidad del Cloruro de Li Zonas aacuteridas

Imagen Nombre Foacutermula de Li2O

Espodumeno Li2O Al2O34SiO2

(PF 37620)804

(37 Li)

Lepidolita Li2AlSi4O10(FOH)(PF 37334)

3 ndash 6(37 Li)

Zinnwaldita KLiFeAl2Si3O10(OHF)(PF 42011)

2 ndash 4(17 Li)

Ambligonita Li Al(FOH)PO4

(PF 14587)101

(48 Li)

Tipos de Minerales

- Explotacioacuten extraccioacuten de aguas subterraacuteneas salinas- Procesamiento - Bombeo de salmueras (conteniendo 300 - 1500 ppm Li+) - Evaporacioacuten y Concentracioacuten de Litio (aprox factor gt10) - Purificacioacuten de salmueras Agregado de Ca(OH)2

separacioacuten de Mg(OH)2 boacuterax sulfatos

- Adicioacuten de Na2CO3 obtencioacuten de Li2CO3

Recuperacioacuten de aprox 90 de Li de la salmuera inicialSubproductos KCl CaSO4 2H2O(yeso) Mg(OH)2 Boacuterax

Obtencioacuten de Litio desde los Salares

Li2CO3

Reservas de Litio a nivel global

Reservas desde salares

Ameacuterica del sur guarda el 75 de las reservas de Litio mundiales

iquestFuturo de las bateriacuteas de Ion-LibullBateriacuteas de litio-aire

iquestFuturo de las bateriacuteas de Ion-LibullBateriacuteas de litio-aire

Algunas conclusiones El almacenamiento de energiacutea hoy juega un rol determinante para reemplazar el petroacuteleo con energiacuteas alternativas

El desarrollo del aacutenodo de grafito significoacute un profundo salto en el desarrollo de las bateriacuteas de litio

Por su versatilidad la bateriacutea de ioacuten-litio puede satisfacer necesidades de requerimientos muy variados

Hoy es posible desarrollar e investigar bateriacuteas de ion-Li en la Argentina

Particularmente en nuestra universidad se estaacute investigando en el disentildeo estudio y preparacioacuten de materiales alternativos para electrodos de estas bateriacuteas

Litio

66

Siacutembolo quiacutemico LiNuacutemero Atoacutemico (Z) 3Elemento perteneciente al Grupo I Metales Alcalinos (1s2 2s1)Peso Atoacutemico 6941 umaEs el elemento metaacutelico maacutes liviano que existe a temperatura ambiente Soacutelido a temperatura ambienteIsoacutetopos 6 Li Abundancia 742 No Radioactivo

7 Li Abundancia 9258 No Radioactivo 5 Li 8 Li 9Li Isoacutetopos artificiales

Estado de Oxidacioacuten 1+ (catioacuten Li+)Radio atoacutemico 0152 nm (metal)Radio ioacutenico (Li+) 0060 nm

Caracteriacuteticas

67

Metal blanco lustre plateado y dureza de 06 (maacutes blando que el plomo) Densidad alrededor de la mitad del aguaEs altamente reactivo y se asemeja al sodio en su comportamiento quiacutemico El Cloruro de Litio es muy soluble en agua Los Carbonatos Fluoruros y Fosfatos de litio son muy poco solubles en agua Reacciona muy raacutepidamente con el aire (O2 y N2) y con agua

Debe ser almacenado sumergido en un liacutequido orgaacutenico (hidrocarburo) como nafta kerosene etc El metal arde fuertemente en aire con llama blanca brillante Las soluciones acuosas de Li+ imparten un color rojo carmesiacute a la llama

Litio y derivadosArbol de Litio

Ton Li 2CO

3

Uso proyectado en celulares

Yacimientos de minerales en Argentina

Pegmatitas Sierras Pampeanas San Luis CoacuterdobaSan Juan La Rioja Catamarca Salta Jujuy

Tipos de Minerales Silicatos Espodumeno LiAlSi2O6 (75 a 8 LiO2)

Petalita LiAlSi4O10

Micas Lepidolita K[LiAl]3[AlSi]4O10[FOH]2

Zinwaldita K[LiAlFe]3[AlSi]4O10[FOH]2

Fosfatos Litiofilita (MnLi)PO4

Ambligonita (LiNa)Al(FOH)PO4

Yacimientos en Argentina

Salares y Salmueras NaturalesZona de la Puna Salta Jujuy y Catamarca

Jujuy

Salta

Catamarca

Ambiente de los salares

iquestImpacto en el ambiente

La Negra ChilePlanta

en Salta

- La existencia de costras soacutelidas de sal es soacutelo una caracteriacutestica superficial que estaacute presente en algunos salares pero no es representativa de la complejidad del sistema

- Un salar tiene asociado un cuerpo subterraacuteneo de salmuera que lo alimenta y tiene diferentes lsquofaciesrsquo de sales en profundidad como cloruro de sodio (halita) cloruros y sulfatos de potasio y magnesio y otros sulfatos y carbonatos

Geologiacutea de un Salar

Produccioacuten Global de litio(en metal equivalente)

- La existencia de costras soacutelidas de sal es soacutelo una caracteriacutestica superficial que estaacute presente en algunos salares pero no es representativa de la complejidad del sistema

- Un salar tiene asociado un cuerpo subterraacuteneo de salmuera que lo alimenta y tiene diferentes lsquofaciesrsquo de sales en profundidad como cloruro de sodio (halita) cloruros y sulfatos de potasio y magnesio y otros sulfatos y carbonatos

Geologiacutea de un Salar

Aspectos de relevanciaConsumo y contaminacioacuten de agua impactos en el paisaje introduccioacuten de caminos de exploracioacuten en ecosistemas sensibles instalacioacuten de infraestructura impacto en la flora y fauna de la actividad industrial donde antes no la habiacutea generacioacuten de residuos soacutelidos y quiacutemicos

La salmuera es bombeada mediante perforaciones y luego se la expone al sol para

evaporar el liacutequido y concentrar los componentes de intereacutes La concentracioacuten de litio en las salmueras es baja y variacutea dentro de

cada salar y entre los distintos salares fluctuando entre unas pocas decenas de partes por milloacuten y poco maacutes de mil de acuerdo con

estos valores puede estimarse que por cada tonelada de litio extraiacuteda se evaporan alrededor

de dos millones de litros de agua clara evidencia de que la mineriacutea del litio en salares es

una mineriacutea del agua

iquestA quieacuten impacta

ldquoNo puede ni debe realizarse ninguacuten tipo de actividad minera sin el consentimiento libre previo e informado de las comunidades involucradasrdquo

Y nosotros que podemos hacerDesarrollo de nuevos materialesPreparacioacuten de materiales

CaracterizacioacutenEstudios Teoacutericos

Y nosotros que podemos hacerDesarrollo de nuevos materialesPreparacioacuten de materiales

CaracterizacioacutenEstudios Teoacutericos

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Page 9: Presentación de PowerPoint - famaf.unc.edu.ar · Oxido de Titanio Anodos importantes en uso Compuestos de intercalación Sn + xe-+ xLi+  Li ... Ensamble de celda y caracterización

BateriacuteasiquestSon nuevas las bateriacuteas

Imperio Parto (247 AC ndash 224 DC) 2000 antildeos de antiguumledadUna jarra de arcilla estaba llena con una solucioacuten de vinagre en la que se ubicaba una barra de hierro rodeadas por un cilindro de cobre Diferencia de potencial de 11 a 2 Voltios

Bagdad - 1936

Alessandro Volta

Cinc = -076 V

Plomo = -013 V

Estantildeo = -107 V

Hierro = -004 V

Cobre = 0159 V

Plata = 198 V

Oro = 183 V

Carbon = 013 V

Luigi Galvani (1780) ldquoelectricidad animalrdquo o

ldquofluido nerveo eleacutectricordquo

ldquopilardquo de Volta (1796)

Bateriacuteas ldquoRecargablesrdquo proceso electroquiacutemico reversible

1)Bateriacutea de Plomo-aacutecido (PbH2SO4)

Pb (metal) H2SO4(ac) oacutexido de plomo (PbO2)electrodo (-) electrodo (+)

REACCIONES

Pb + H2SO4(ac) PbSO4(s) + 2H+ + 2e- Anodo (-)

PbO2(s) + H2SO4(ac) + 2H+ + 2endash PbSO4(s) + 2H2O Caacutetodo (+)

Proceso Neto (descarga)

Pb + PbO2(s) + 2H2SO4(ac) 2PbSO4(s) + 2H2O

Voltaje 21 - 22 V

2) Bateriacutea de Litio metaacutelico Li oacutexido metaacutelico

Li (metal) solvente orgaacutenico oacutexido de metal (Co Ni Mn)electrodo (-) electrodo (+)

REACCIONES Li(metaacutelico) Li+ + e- Anodo (-)

CoO2(s) + Li+ + endash LiCoO2(s) Caacutetodo (+)

Proceso Neto (descarga) Li + CoO2(s) LiCoO2(s) 37 - 39 V

Proceso de Recarga LiCoO2(s) Li + CoO2(s)

SistemaSelladoaislado de 02 y agua

Problemas del aacutenodo de litio metal

Aacutenodo Litio

metal(-)

Caacutetodo(+)

Electrolito

Crecimiento de dendritas durante los ciclos de recarga

Separador

3) Bateriacutea de ioacuten-Litio C6(Li) oacutexido metaacutelico

Grafito(Li+) solv orgaacutenico + sal de litio oacutexido de metal (Co Ni Mn)electrodo (-) electrodo (+)

REACCIONES C6-(Li+) C6 + Li+ + e- Anodo (-)

CoO2(s) + Li+ + endash LiCoO2(s) Caacutetodo (+)

Proceso Neto (descarga) C6(Li) + CoO2(s) C6 + LiCoO2(s) 36-37 V

Proceso de Recarga C6 + LiCoO2(s) C6(Li) + CoO2(s)

SistemaSellado

Aacutenodo de grafito (C6)

Orbitales deslocalizados

TecnologiacuteaSony comercializoacute la primer bateriacutea de Ion Li en 1991

En 2011 las bateriacuteas de ion-Li abarcaron el 66 de todas las bateriacuteas recargables en Japoacuten

iquestPor queacute pensar HOY en Bateriacuteas de Litio

Ambiente

1832-1930 2030

iquestPor queacute pensar HOY en Bateriacuteas de Litio

Ambientey

EnergiacuteaCO2

ldquo0rdquo emision

90 eficiencia

Enficiencia gt 40 oacute gt70

Eficiencia - 50-60

Eficiencia lt 25

CO2

etc

Bio-fuel y Petroleo Baja Eficiencia

iquestPor queacute pensar HOY en Bateriacuteas de Litio

Una bateriacutea de ion-Litio require 03 Kg de metal Li o 14 and 15 kg of Li2CO3 por kWh de capacidad de bateriacutea

Auto hiacutebrido promedio utiliza unos 5-20 kWh en bateriacuteas Esto es 15 kg of Litio o 7 kg of Li2CO3 por auto

Un auto totalmente eleacutectrico require bateriacuteas de 90 kWh Esto es 3 kg de Litio o 13 kg de Li2CO3 por auto

El precio de las bateriacuteas de ion-litio va desde 300 ndash 800 u$s kWh (comparada a 50-100 u$s kWh para la tecnologiacutea de Plomo aacutecido)

Distribucioacuten geograacutefica del Litio

Salares

Minerales

Bolivia

Chile

Argentina

Yacimientos en Bolivia ndash Chile ndash ArgentinaEn nuestros Salares aprox 80 de los recursos mundiales

Yacimientos de Salares en LatinoameacutericaldquoTriaacutengulo del Litiordquo Argentina - Bolivia - Chile

Salar de Uyuni Bolivia Salar de Atacama

Chile

Salar del Hombre Muerto Argentina

Ambiente de los salares

iquestImpacto en el ambiente

La Negra ChilePlanta

en Salta

Bateriacuteas comerciales de ioacuten-litio

Bateriacutea 18650

Bateriacuteas prismaacuteticas

ldquopackrdquo para notebook

Bateriacutea de ioacuten-litio

Bateriacutea de ioacuten-litio

Anodo Construido sobre una laacutemina de Cobre de 10-20 mm de espesor

Caacutetodo Construido sobre una laacutemina de Aluminio de 10-20 mm de espesor

Bateriacutea 18650 37 V 2100 mAh

Bateriacuteas Recargables de ioacuten Li+ en uso actual

CaacutetodoLiXCoO2

AnodoLiXC6

Solucioacuten de Electrolito Etilen-Carbonato amp Di-Metil Carbonato LiPF6 Voltaje 37 V Densidad de Energiacutea 150 WhKg

CathodeSurface films

AnodeSurface films

D Aurbach et Al Materials Today 2014

Anodos para Bateriacuteas recargables de ioacuten-Li

Li4Ti5O12 + 3Li+ + 3 e- harr Li7Ti5O12

Li1-xC6 + xLi+ + x e- harr LiC6

MX + 2eminus + 2Li+ M + Li2X

MX2 + eminus + Li+ + LiMX2

Insercioacuten

Conversioacuten

Capacidad Praacutectica 160 mAhg

LiC6

LiC12

Grafito

Oxido de Titanio

Anodos importantes en uso Compuestos de intercalacioacuten

Sn + xe- + xLi+ lt=gt LixSn x 44 gt900 mAhgSi + xe- + xLi+ lt=gt LixSi x 44 gt4000 mAhg

Problema se necesitan Nano estructuras

Capacidad Praacutectica 330 mAhg

12

16

20

240 50 100 150 50 100 150

12

16

20

24

Voltag

e V

vs LiL

i+

Capacity mAhg-1

0 100 200 30000

04

08

12

100 200 30000

04

08

12

Voltag

e V

vs LiL

i+

Capacity mAhg-1

iquestY nosotros queacute podemos hacerDesarrollo de nuevos materiales

- Preparacioacuten de materiales- Caracterizacioacuten- Estudios Teoacutericos y Simulaciones

Desarrollo de nuevos materiales- Preparacioacuten de materiales- Caracterizacioacuten- Estudios Teoacutericos y Simulaciones

iquestY nosotros queacute podemos hacer

Metodologiacutea de trabajo Siacutentesis de materiales activos

Caracterizacioacuten estructural y morfoloacutegica

Ensamble de celda y caracterizacioacuten electroquiacutemica

ModeloTeoacuterico

Simulacioacuten Computacional

Anaacutelisis e Interpretacioacuten

Estudios Teoacutericos

Estudios Experimentales

Liacuteneas de trabajo en el LaES

- Desarrollo y caracterizacioacuten de materiales para aacutenodos Basados en Carbono Titanatos de litio Silicio y Estantildeo

- Desarrollo y caracterizacioacuten de materiales para caacutetodos Basados en Azufre

- Simulaciones computacionalesInsercioacuten de iones litio en grafito y titanatos de litioModelado de materiales de carbonos porosos(Dinaacutemica Molecular Teoriacutea DFT Mecaacutenica

Estadiacutestica Montecarlo)

iexclMuchas gracias

laeslabuncgmailcom

Algunos temas de trabajo- Materiales hiacutebridos basados en carbono como electrodos para bateriacuteas de Li

Dra Guillermina Luque

- Agregado de aditivos y modificacioacuten de separadores para mejorar la performance de baterias de litio-azufre Dr Germaacuten Lener Dra Andrea Calderoacuten Dra Victoria Bracamonte

- Construccioacuten y caracterizacioacuten experimental y teoacuterica de dispositivos de conversioacuten fotovoltaica basados en perovskitas de halogenuros organometaacutelicos

Dr Agustiacuten Sigal

- Trabajo experimental y teoacuterico de materiales para electrodos de bateriacuteas azufre-litio y ioacuten-litio

Dr Germaacuten Lener Dr Agustiacuten Sigal

Algunos temas de trabajo- Estudios de la insercioacuten de iones de Li en compuestos de intercalacioacuten utilizados como electrodos de celdas de ion-Li

Dr Eduardo Perassi

- Caacutelculos ab-initio y simulaciones computacionales de sistemas relacionados con bateriacuteas de Litio celdas de combustible y adsorcioacuten sobre superficies Dra Cecilia Gimenez y Dr Luis Reinaudi

- Materiales activos de electrodo basados en oacutexidos de titanio y titanatos de metales alcalinos para su aplicacioacuten como aacutenodos en bateriacuteas de ioacuten-litio

Dr Osvaldo Caacutemara y Dra Fabiana Oliva

- Partiacuteculas aislantes vs partiacuteculas conductoras Efectos de la percolacioacuten en la conduccioacuten eleacutectrica

Dr Patricio Veacutelez

Algunas estrategias de ensamble

pero no solo para

automoacutevileshellip

iquesthogares sutentables

Vectores - Oportunidades = Litio (como bateriacuteas de Litio)

bullBateriacuteas de ion-Li En 2007 se produjeron mundialmente 2500000000 de bateriacuteas de Li

Se proyecta una utilizacioacuten de 20000 t en la fabricacioacuten de bateriacuteas para vehiacuteculos eleacutectricos cuya produccioacuten estimada es de 500000 vehiacuteculos eleacutectricos en 2015 y 15 millones en 2020 Se consumen actualmente 100000 toneladas en el mercado mundial

Ameacuterica Latina concentra entre el 50 y el 80 de las reservas mundiales (Bolivia Chile Argentina)

El Litio es un material no contaminante (en todo caso antidepresivo)

Tecnologiacutea Madura

Bateriacutea de Cinc-Cobre Reacciones Reacutedox

Cu+2 + 2e rarr Cu Reduccioacuten Zn rarr Zn+2 + 2e Oxidacioacuten

Proceso netoCu+2 + Zn rarr Cu + Zn+2 11 Volts

Proceso Electroquiacutemico

Clasificacioacuten General

a)Bateriacuteas productoras de Energiacutea Bateriacuteas ldquoPrimariasrdquo

- Cinc-Carboacuten (comuacuten)- Cinc-Carboacuten Alcalinas- Tipo ldquobotoacutenrdquo (de reloj)

b) Bateriacuteas de almacenamiento de Energiacutea Bateriacuteas ldquoSecundariasrdquo o ldquoRecargablesrdquo

- Plomo-aacutecido- Niacutequel-Cadmio- Niacutequel-Metal hidruro- Litio metaacutelico (en desuso)- Ioacuten-Litio

Utiles como Vectores Energeacuteticos

Un solo uso

Quiacutemica de las Bateriacuteas mas comunes

1) ldquoPilardquo de Leclancheacute o ldquopila secardquo Cinc-carbon (Zn-C)

Zn (metal) pasta de NH4ClndashZnCl2 oacutexido de manganeso + carboacuten grafitoelectrodo (-) electrodo (+)

REACCIONES

Zn Zn2+(ac) + 2 e

ndash Anodo (-)

2 MnO2(s) + 2endash + hellip 2 MnO(OH)(s) + Caacutetodo (+)

Diferencia de Potencial Eleacutectrico

Voltaje 150 Volts

Bateriacuteas ldquoPrimariasrdquo

Aacutenodo de grafitoproceso de cargado

Colector de corriente

Grafeno

Nube de electrones

Bateriacutea de ion-litio

Anodo Construido sobre una laacutemina de Cobre de 10-20 mm de espesor

Caacutetodo Construido sobre una laacutemina de Aluminio de 10-20 mm de espesor

Bateriacutea 18650 37 V 2100 mAh

bullBateriacuteas de ion-Li En 2007 se produjeron mundialmente 2500000000 de bateriacuteas de Li

Se proyecta una utilizacioacuten de 20000 t de Litio en la fabricacioacuten de bateriacuteas para vehiacuteculos eleacutectricos cuya produccioacuten estimada es de 500000 vehiacuteculos eleacutectricos en 2015 y 15 millones en 2020 Se consumen actualmente 100000 toneladas en el mercado mundial

Ameacuterica Latina concentra entre el 50 y el 70 de las reservas mundiales (Bolivia Chile Argentina)

El Li es un material no contaminante(en todo caso antidepresivo)

Tecnologiacutea Madura

Datos Interesantes

Energiacuteas especiacuteficas

Minerales conteniendo Litio

54

Ocurrencia Li en la corteza terrestre 0006 (entre los 27 mas abundantes) Se conocen mas de 150 minerales portadores de Li

Yacimientos Minerales de Pegmatitas Presente en magmas de baja viscosidad Pegmatitas de estructura zonada Se encuentra junto a Casiterita Berilo Apatita Columbita Granate Turmalina Feldespato Cuarzo Micas y otros

Salmueras Naturales Lagos salinos y salares Yacimientos de evaporacioacuten (minerales evaporiacuteticos) Alta solubilidad del Cloruro de Li Zonas aacuteridas

Imagen Nombre Foacutermula de Li2O

Espodumeno Li2O Al2O34SiO2

(PF 37620)804

(37 Li)

Lepidolita Li2AlSi4O10(FOH)(PF 37334)

3 ndash 6(37 Li)

Zinnwaldita KLiFeAl2Si3O10(OHF)(PF 42011)

2 ndash 4(17 Li)

Ambligonita Li Al(FOH)PO4

(PF 14587)101

(48 Li)

Tipos de Minerales

- Explotacioacuten extraccioacuten de aguas subterraacuteneas salinas- Procesamiento - Bombeo de salmueras (conteniendo 300 - 1500 ppm Li+) - Evaporacioacuten y Concentracioacuten de Litio (aprox factor gt10) - Purificacioacuten de salmueras Agregado de Ca(OH)2

separacioacuten de Mg(OH)2 boacuterax sulfatos

- Adicioacuten de Na2CO3 obtencioacuten de Li2CO3

Recuperacioacuten de aprox 90 de Li de la salmuera inicialSubproductos KCl CaSO4 2H2O(yeso) Mg(OH)2 Boacuterax

Obtencioacuten de Litio desde los Salares

Li2CO3

Reservas de Litio a nivel global

Reservas desde salares

Ameacuterica del sur guarda el 75 de las reservas de Litio mundiales

iquestFuturo de las bateriacuteas de Ion-LibullBateriacuteas de litio-aire

iquestFuturo de las bateriacuteas de Ion-LibullBateriacuteas de litio-aire

Algunas conclusiones El almacenamiento de energiacutea hoy juega un rol determinante para reemplazar el petroacuteleo con energiacuteas alternativas

El desarrollo del aacutenodo de grafito significoacute un profundo salto en el desarrollo de las bateriacuteas de litio

Por su versatilidad la bateriacutea de ioacuten-litio puede satisfacer necesidades de requerimientos muy variados

Hoy es posible desarrollar e investigar bateriacuteas de ion-Li en la Argentina

Particularmente en nuestra universidad se estaacute investigando en el disentildeo estudio y preparacioacuten de materiales alternativos para electrodos de estas bateriacuteas

Litio

66

Siacutembolo quiacutemico LiNuacutemero Atoacutemico (Z) 3Elemento perteneciente al Grupo I Metales Alcalinos (1s2 2s1)Peso Atoacutemico 6941 umaEs el elemento metaacutelico maacutes liviano que existe a temperatura ambiente Soacutelido a temperatura ambienteIsoacutetopos 6 Li Abundancia 742 No Radioactivo

7 Li Abundancia 9258 No Radioactivo 5 Li 8 Li 9Li Isoacutetopos artificiales

Estado de Oxidacioacuten 1+ (catioacuten Li+)Radio atoacutemico 0152 nm (metal)Radio ioacutenico (Li+) 0060 nm

Caracteriacuteticas

67

Metal blanco lustre plateado y dureza de 06 (maacutes blando que el plomo) Densidad alrededor de la mitad del aguaEs altamente reactivo y se asemeja al sodio en su comportamiento quiacutemico El Cloruro de Litio es muy soluble en agua Los Carbonatos Fluoruros y Fosfatos de litio son muy poco solubles en agua Reacciona muy raacutepidamente con el aire (O2 y N2) y con agua

Debe ser almacenado sumergido en un liacutequido orgaacutenico (hidrocarburo) como nafta kerosene etc El metal arde fuertemente en aire con llama blanca brillante Las soluciones acuosas de Li+ imparten un color rojo carmesiacute a la llama

Litio y derivadosArbol de Litio

Ton Li 2CO

3

Uso proyectado en celulares

Yacimientos de minerales en Argentina

Pegmatitas Sierras Pampeanas San Luis CoacuterdobaSan Juan La Rioja Catamarca Salta Jujuy

Tipos de Minerales Silicatos Espodumeno LiAlSi2O6 (75 a 8 LiO2)

Petalita LiAlSi4O10

Micas Lepidolita K[LiAl]3[AlSi]4O10[FOH]2

Zinwaldita K[LiAlFe]3[AlSi]4O10[FOH]2

Fosfatos Litiofilita (MnLi)PO4

Ambligonita (LiNa)Al(FOH)PO4

Yacimientos en Argentina

Salares y Salmueras NaturalesZona de la Puna Salta Jujuy y Catamarca

Jujuy

Salta

Catamarca

Ambiente de los salares

iquestImpacto en el ambiente

La Negra ChilePlanta

en Salta

- La existencia de costras soacutelidas de sal es soacutelo una caracteriacutestica superficial que estaacute presente en algunos salares pero no es representativa de la complejidad del sistema

- Un salar tiene asociado un cuerpo subterraacuteneo de salmuera que lo alimenta y tiene diferentes lsquofaciesrsquo de sales en profundidad como cloruro de sodio (halita) cloruros y sulfatos de potasio y magnesio y otros sulfatos y carbonatos

Geologiacutea de un Salar

Produccioacuten Global de litio(en metal equivalente)

- La existencia de costras soacutelidas de sal es soacutelo una caracteriacutestica superficial que estaacute presente en algunos salares pero no es representativa de la complejidad del sistema

- Un salar tiene asociado un cuerpo subterraacuteneo de salmuera que lo alimenta y tiene diferentes lsquofaciesrsquo de sales en profundidad como cloruro de sodio (halita) cloruros y sulfatos de potasio y magnesio y otros sulfatos y carbonatos

Geologiacutea de un Salar

Aspectos de relevanciaConsumo y contaminacioacuten de agua impactos en el paisaje introduccioacuten de caminos de exploracioacuten en ecosistemas sensibles instalacioacuten de infraestructura impacto en la flora y fauna de la actividad industrial donde antes no la habiacutea generacioacuten de residuos soacutelidos y quiacutemicos

La salmuera es bombeada mediante perforaciones y luego se la expone al sol para

evaporar el liacutequido y concentrar los componentes de intereacutes La concentracioacuten de litio en las salmueras es baja y variacutea dentro de

cada salar y entre los distintos salares fluctuando entre unas pocas decenas de partes por milloacuten y poco maacutes de mil de acuerdo con

estos valores puede estimarse que por cada tonelada de litio extraiacuteda se evaporan alrededor

de dos millones de litros de agua clara evidencia de que la mineriacutea del litio en salares es

una mineriacutea del agua

iquestA quieacuten impacta

ldquoNo puede ni debe realizarse ninguacuten tipo de actividad minera sin el consentimiento libre previo e informado de las comunidades involucradasrdquo

Y nosotros que podemos hacerDesarrollo de nuevos materialesPreparacioacuten de materiales

CaracterizacioacutenEstudios Teoacutericos

Y nosotros que podemos hacerDesarrollo de nuevos materialesPreparacioacuten de materiales

CaracterizacioacutenEstudios Teoacutericos

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Page 10: Presentación de PowerPoint - famaf.unc.edu.ar · Oxido de Titanio Anodos importantes en uso Compuestos de intercalación Sn + xe-+ xLi+  Li ... Ensamble de celda y caracterización

Alessandro Volta

Cinc = -076 V

Plomo = -013 V

Estantildeo = -107 V

Hierro = -004 V

Cobre = 0159 V

Plata = 198 V

Oro = 183 V

Carbon = 013 V

Luigi Galvani (1780) ldquoelectricidad animalrdquo o

ldquofluido nerveo eleacutectricordquo

ldquopilardquo de Volta (1796)

Bateriacuteas ldquoRecargablesrdquo proceso electroquiacutemico reversible

1)Bateriacutea de Plomo-aacutecido (PbH2SO4)

Pb (metal) H2SO4(ac) oacutexido de plomo (PbO2)electrodo (-) electrodo (+)

REACCIONES

Pb + H2SO4(ac) PbSO4(s) + 2H+ + 2e- Anodo (-)

PbO2(s) + H2SO4(ac) + 2H+ + 2endash PbSO4(s) + 2H2O Caacutetodo (+)

Proceso Neto (descarga)

Pb + PbO2(s) + 2H2SO4(ac) 2PbSO4(s) + 2H2O

Voltaje 21 - 22 V

2) Bateriacutea de Litio metaacutelico Li oacutexido metaacutelico

Li (metal) solvente orgaacutenico oacutexido de metal (Co Ni Mn)electrodo (-) electrodo (+)

REACCIONES Li(metaacutelico) Li+ + e- Anodo (-)

CoO2(s) + Li+ + endash LiCoO2(s) Caacutetodo (+)

Proceso Neto (descarga) Li + CoO2(s) LiCoO2(s) 37 - 39 V

Proceso de Recarga LiCoO2(s) Li + CoO2(s)

SistemaSelladoaislado de 02 y agua

Problemas del aacutenodo de litio metal

Aacutenodo Litio

metal(-)

Caacutetodo(+)

Electrolito

Crecimiento de dendritas durante los ciclos de recarga

Separador

3) Bateriacutea de ioacuten-Litio C6(Li) oacutexido metaacutelico

Grafito(Li+) solv orgaacutenico + sal de litio oacutexido de metal (Co Ni Mn)electrodo (-) electrodo (+)

REACCIONES C6-(Li+) C6 + Li+ + e- Anodo (-)

CoO2(s) + Li+ + endash LiCoO2(s) Caacutetodo (+)

Proceso Neto (descarga) C6(Li) + CoO2(s) C6 + LiCoO2(s) 36-37 V

Proceso de Recarga C6 + LiCoO2(s) C6(Li) + CoO2(s)

SistemaSellado

Aacutenodo de grafito (C6)

Orbitales deslocalizados

TecnologiacuteaSony comercializoacute la primer bateriacutea de Ion Li en 1991

En 2011 las bateriacuteas de ion-Li abarcaron el 66 de todas las bateriacuteas recargables en Japoacuten

iquestPor queacute pensar HOY en Bateriacuteas de Litio

Ambiente

1832-1930 2030

iquestPor queacute pensar HOY en Bateriacuteas de Litio

Ambientey

EnergiacuteaCO2

ldquo0rdquo emision

90 eficiencia

Enficiencia gt 40 oacute gt70

Eficiencia - 50-60

Eficiencia lt 25

CO2

etc

Bio-fuel y Petroleo Baja Eficiencia

iquestPor queacute pensar HOY en Bateriacuteas de Litio

Una bateriacutea de ion-Litio require 03 Kg de metal Li o 14 and 15 kg of Li2CO3 por kWh de capacidad de bateriacutea

Auto hiacutebrido promedio utiliza unos 5-20 kWh en bateriacuteas Esto es 15 kg of Litio o 7 kg of Li2CO3 por auto

Un auto totalmente eleacutectrico require bateriacuteas de 90 kWh Esto es 3 kg de Litio o 13 kg de Li2CO3 por auto

El precio de las bateriacuteas de ion-litio va desde 300 ndash 800 u$s kWh (comparada a 50-100 u$s kWh para la tecnologiacutea de Plomo aacutecido)

Distribucioacuten geograacutefica del Litio

Salares

Minerales

Bolivia

Chile

Argentina

Yacimientos en Bolivia ndash Chile ndash ArgentinaEn nuestros Salares aprox 80 de los recursos mundiales

Yacimientos de Salares en LatinoameacutericaldquoTriaacutengulo del Litiordquo Argentina - Bolivia - Chile

Salar de Uyuni Bolivia Salar de Atacama

Chile

Salar del Hombre Muerto Argentina

Ambiente de los salares

iquestImpacto en el ambiente

La Negra ChilePlanta

en Salta

Bateriacuteas comerciales de ioacuten-litio

Bateriacutea 18650

Bateriacuteas prismaacuteticas

ldquopackrdquo para notebook

Bateriacutea de ioacuten-litio

Bateriacutea de ioacuten-litio

Anodo Construido sobre una laacutemina de Cobre de 10-20 mm de espesor

Caacutetodo Construido sobre una laacutemina de Aluminio de 10-20 mm de espesor

Bateriacutea 18650 37 V 2100 mAh

Bateriacuteas Recargables de ioacuten Li+ en uso actual

CaacutetodoLiXCoO2

AnodoLiXC6

Solucioacuten de Electrolito Etilen-Carbonato amp Di-Metil Carbonato LiPF6 Voltaje 37 V Densidad de Energiacutea 150 WhKg

CathodeSurface films

AnodeSurface films

D Aurbach et Al Materials Today 2014

Anodos para Bateriacuteas recargables de ioacuten-Li

Li4Ti5O12 + 3Li+ + 3 e- harr Li7Ti5O12

Li1-xC6 + xLi+ + x e- harr LiC6

MX + 2eminus + 2Li+ M + Li2X

MX2 + eminus + Li+ + LiMX2

Insercioacuten

Conversioacuten

Capacidad Praacutectica 160 mAhg

LiC6

LiC12

Grafito

Oxido de Titanio

Anodos importantes en uso Compuestos de intercalacioacuten

Sn + xe- + xLi+ lt=gt LixSn x 44 gt900 mAhgSi + xe- + xLi+ lt=gt LixSi x 44 gt4000 mAhg

Problema se necesitan Nano estructuras

Capacidad Praacutectica 330 mAhg

12

16

20

240 50 100 150 50 100 150

12

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Voltag

e V

vs LiL

i+

Capacity mAhg-1

0 100 200 30000

04

08

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100 200 30000

04

08

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Voltag

e V

vs LiL

i+

Capacity mAhg-1

iquestY nosotros queacute podemos hacerDesarrollo de nuevos materiales

- Preparacioacuten de materiales- Caracterizacioacuten- Estudios Teoacutericos y Simulaciones

Desarrollo de nuevos materiales- Preparacioacuten de materiales- Caracterizacioacuten- Estudios Teoacutericos y Simulaciones

iquestY nosotros queacute podemos hacer

Metodologiacutea de trabajo Siacutentesis de materiales activos

Caracterizacioacuten estructural y morfoloacutegica

Ensamble de celda y caracterizacioacuten electroquiacutemica

ModeloTeoacuterico

Simulacioacuten Computacional

Anaacutelisis e Interpretacioacuten

Estudios Teoacutericos

Estudios Experimentales

Liacuteneas de trabajo en el LaES

- Desarrollo y caracterizacioacuten de materiales para aacutenodos Basados en Carbono Titanatos de litio Silicio y Estantildeo

- Desarrollo y caracterizacioacuten de materiales para caacutetodos Basados en Azufre

- Simulaciones computacionalesInsercioacuten de iones litio en grafito y titanatos de litioModelado de materiales de carbonos porosos(Dinaacutemica Molecular Teoriacutea DFT Mecaacutenica

Estadiacutestica Montecarlo)

iexclMuchas gracias

laeslabuncgmailcom

Algunos temas de trabajo- Materiales hiacutebridos basados en carbono como electrodos para bateriacuteas de Li

Dra Guillermina Luque

- Agregado de aditivos y modificacioacuten de separadores para mejorar la performance de baterias de litio-azufre Dr Germaacuten Lener Dra Andrea Calderoacuten Dra Victoria Bracamonte

- Construccioacuten y caracterizacioacuten experimental y teoacuterica de dispositivos de conversioacuten fotovoltaica basados en perovskitas de halogenuros organometaacutelicos

Dr Agustiacuten Sigal

- Trabajo experimental y teoacuterico de materiales para electrodos de bateriacuteas azufre-litio y ioacuten-litio

Dr Germaacuten Lener Dr Agustiacuten Sigal

Algunos temas de trabajo- Estudios de la insercioacuten de iones de Li en compuestos de intercalacioacuten utilizados como electrodos de celdas de ion-Li

Dr Eduardo Perassi

- Caacutelculos ab-initio y simulaciones computacionales de sistemas relacionados con bateriacuteas de Litio celdas de combustible y adsorcioacuten sobre superficies Dra Cecilia Gimenez y Dr Luis Reinaudi

- Materiales activos de electrodo basados en oacutexidos de titanio y titanatos de metales alcalinos para su aplicacioacuten como aacutenodos en bateriacuteas de ioacuten-litio

Dr Osvaldo Caacutemara y Dra Fabiana Oliva

- Partiacuteculas aislantes vs partiacuteculas conductoras Efectos de la percolacioacuten en la conduccioacuten eleacutectrica

Dr Patricio Veacutelez

Algunas estrategias de ensamble

pero no solo para

automoacutevileshellip

iquesthogares sutentables

Vectores - Oportunidades = Litio (como bateriacuteas de Litio)

bullBateriacuteas de ion-Li En 2007 se produjeron mundialmente 2500000000 de bateriacuteas de Li

Se proyecta una utilizacioacuten de 20000 t en la fabricacioacuten de bateriacuteas para vehiacuteculos eleacutectricos cuya produccioacuten estimada es de 500000 vehiacuteculos eleacutectricos en 2015 y 15 millones en 2020 Se consumen actualmente 100000 toneladas en el mercado mundial

Ameacuterica Latina concentra entre el 50 y el 80 de las reservas mundiales (Bolivia Chile Argentina)

El Litio es un material no contaminante (en todo caso antidepresivo)

Tecnologiacutea Madura

Bateriacutea de Cinc-Cobre Reacciones Reacutedox

Cu+2 + 2e rarr Cu Reduccioacuten Zn rarr Zn+2 + 2e Oxidacioacuten

Proceso netoCu+2 + Zn rarr Cu + Zn+2 11 Volts

Proceso Electroquiacutemico

Clasificacioacuten General

a)Bateriacuteas productoras de Energiacutea Bateriacuteas ldquoPrimariasrdquo

- Cinc-Carboacuten (comuacuten)- Cinc-Carboacuten Alcalinas- Tipo ldquobotoacutenrdquo (de reloj)

b) Bateriacuteas de almacenamiento de Energiacutea Bateriacuteas ldquoSecundariasrdquo o ldquoRecargablesrdquo

- Plomo-aacutecido- Niacutequel-Cadmio- Niacutequel-Metal hidruro- Litio metaacutelico (en desuso)- Ioacuten-Litio

Utiles como Vectores Energeacuteticos

Un solo uso

Quiacutemica de las Bateriacuteas mas comunes

1) ldquoPilardquo de Leclancheacute o ldquopila secardquo Cinc-carbon (Zn-C)

Zn (metal) pasta de NH4ClndashZnCl2 oacutexido de manganeso + carboacuten grafitoelectrodo (-) electrodo (+)

REACCIONES

Zn Zn2+(ac) + 2 e

ndash Anodo (-)

2 MnO2(s) + 2endash + hellip 2 MnO(OH)(s) + Caacutetodo (+)

Diferencia de Potencial Eleacutectrico

Voltaje 150 Volts

Bateriacuteas ldquoPrimariasrdquo

Aacutenodo de grafitoproceso de cargado

Colector de corriente

Grafeno

Nube de electrones

Bateriacutea de ion-litio

Anodo Construido sobre una laacutemina de Cobre de 10-20 mm de espesor

Caacutetodo Construido sobre una laacutemina de Aluminio de 10-20 mm de espesor

Bateriacutea 18650 37 V 2100 mAh

bullBateriacuteas de ion-Li En 2007 se produjeron mundialmente 2500000000 de bateriacuteas de Li

Se proyecta una utilizacioacuten de 20000 t de Litio en la fabricacioacuten de bateriacuteas para vehiacuteculos eleacutectricos cuya produccioacuten estimada es de 500000 vehiacuteculos eleacutectricos en 2015 y 15 millones en 2020 Se consumen actualmente 100000 toneladas en el mercado mundial

Ameacuterica Latina concentra entre el 50 y el 70 de las reservas mundiales (Bolivia Chile Argentina)

El Li es un material no contaminante(en todo caso antidepresivo)

Tecnologiacutea Madura

Datos Interesantes

Energiacuteas especiacuteficas

Minerales conteniendo Litio

54

Ocurrencia Li en la corteza terrestre 0006 (entre los 27 mas abundantes) Se conocen mas de 150 minerales portadores de Li

Yacimientos Minerales de Pegmatitas Presente en magmas de baja viscosidad Pegmatitas de estructura zonada Se encuentra junto a Casiterita Berilo Apatita Columbita Granate Turmalina Feldespato Cuarzo Micas y otros

Salmueras Naturales Lagos salinos y salares Yacimientos de evaporacioacuten (minerales evaporiacuteticos) Alta solubilidad del Cloruro de Li Zonas aacuteridas

Imagen Nombre Foacutermula de Li2O

Espodumeno Li2O Al2O34SiO2

(PF 37620)804

(37 Li)

Lepidolita Li2AlSi4O10(FOH)(PF 37334)

3 ndash 6(37 Li)

Zinnwaldita KLiFeAl2Si3O10(OHF)(PF 42011)

2 ndash 4(17 Li)

Ambligonita Li Al(FOH)PO4

(PF 14587)101

(48 Li)

Tipos de Minerales

- Explotacioacuten extraccioacuten de aguas subterraacuteneas salinas- Procesamiento - Bombeo de salmueras (conteniendo 300 - 1500 ppm Li+) - Evaporacioacuten y Concentracioacuten de Litio (aprox factor gt10) - Purificacioacuten de salmueras Agregado de Ca(OH)2

separacioacuten de Mg(OH)2 boacuterax sulfatos

- Adicioacuten de Na2CO3 obtencioacuten de Li2CO3

Recuperacioacuten de aprox 90 de Li de la salmuera inicialSubproductos KCl CaSO4 2H2O(yeso) Mg(OH)2 Boacuterax

Obtencioacuten de Litio desde los Salares

Li2CO3

Reservas de Litio a nivel global

Reservas desde salares

Ameacuterica del sur guarda el 75 de las reservas de Litio mundiales

iquestFuturo de las bateriacuteas de Ion-LibullBateriacuteas de litio-aire

iquestFuturo de las bateriacuteas de Ion-LibullBateriacuteas de litio-aire

Algunas conclusiones El almacenamiento de energiacutea hoy juega un rol determinante para reemplazar el petroacuteleo con energiacuteas alternativas

El desarrollo del aacutenodo de grafito significoacute un profundo salto en el desarrollo de las bateriacuteas de litio

Por su versatilidad la bateriacutea de ioacuten-litio puede satisfacer necesidades de requerimientos muy variados

Hoy es posible desarrollar e investigar bateriacuteas de ion-Li en la Argentina

Particularmente en nuestra universidad se estaacute investigando en el disentildeo estudio y preparacioacuten de materiales alternativos para electrodos de estas bateriacuteas

Litio

66

Siacutembolo quiacutemico LiNuacutemero Atoacutemico (Z) 3Elemento perteneciente al Grupo I Metales Alcalinos (1s2 2s1)Peso Atoacutemico 6941 umaEs el elemento metaacutelico maacutes liviano que existe a temperatura ambiente Soacutelido a temperatura ambienteIsoacutetopos 6 Li Abundancia 742 No Radioactivo

7 Li Abundancia 9258 No Radioactivo 5 Li 8 Li 9Li Isoacutetopos artificiales

Estado de Oxidacioacuten 1+ (catioacuten Li+)Radio atoacutemico 0152 nm (metal)Radio ioacutenico (Li+) 0060 nm

Caracteriacuteticas

67

Metal blanco lustre plateado y dureza de 06 (maacutes blando que el plomo) Densidad alrededor de la mitad del aguaEs altamente reactivo y se asemeja al sodio en su comportamiento quiacutemico El Cloruro de Litio es muy soluble en agua Los Carbonatos Fluoruros y Fosfatos de litio son muy poco solubles en agua Reacciona muy raacutepidamente con el aire (O2 y N2) y con agua

Debe ser almacenado sumergido en un liacutequido orgaacutenico (hidrocarburo) como nafta kerosene etc El metal arde fuertemente en aire con llama blanca brillante Las soluciones acuosas de Li+ imparten un color rojo carmesiacute a la llama

Litio y derivadosArbol de Litio

Ton Li 2CO

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Uso proyectado en celulares

Yacimientos de minerales en Argentina

Pegmatitas Sierras Pampeanas San Luis CoacuterdobaSan Juan La Rioja Catamarca Salta Jujuy

Tipos de Minerales Silicatos Espodumeno LiAlSi2O6 (75 a 8 LiO2)

Petalita LiAlSi4O10

Micas Lepidolita K[LiAl]3[AlSi]4O10[FOH]2

Zinwaldita K[LiAlFe]3[AlSi]4O10[FOH]2

Fosfatos Litiofilita (MnLi)PO4

Ambligonita (LiNa)Al(FOH)PO4

Yacimientos en Argentina

Salares y Salmueras NaturalesZona de la Puna Salta Jujuy y Catamarca

Jujuy

Salta

Catamarca

Ambiente de los salares

iquestImpacto en el ambiente

La Negra ChilePlanta

en Salta

- La existencia de costras soacutelidas de sal es soacutelo una caracteriacutestica superficial que estaacute presente en algunos salares pero no es representativa de la complejidad del sistema

- Un salar tiene asociado un cuerpo subterraacuteneo de salmuera que lo alimenta y tiene diferentes lsquofaciesrsquo de sales en profundidad como cloruro de sodio (halita) cloruros y sulfatos de potasio y magnesio y otros sulfatos y carbonatos

Geologiacutea de un Salar

Produccioacuten Global de litio(en metal equivalente)

- La existencia de costras soacutelidas de sal es soacutelo una caracteriacutestica superficial que estaacute presente en algunos salares pero no es representativa de la complejidad del sistema

- Un salar tiene asociado un cuerpo subterraacuteneo de salmuera que lo alimenta y tiene diferentes lsquofaciesrsquo de sales en profundidad como cloruro de sodio (halita) cloruros y sulfatos de potasio y magnesio y otros sulfatos y carbonatos

Geologiacutea de un Salar

Aspectos de relevanciaConsumo y contaminacioacuten de agua impactos en el paisaje introduccioacuten de caminos de exploracioacuten en ecosistemas sensibles instalacioacuten de infraestructura impacto en la flora y fauna de la actividad industrial donde antes no la habiacutea generacioacuten de residuos soacutelidos y quiacutemicos

La salmuera es bombeada mediante perforaciones y luego se la expone al sol para

evaporar el liacutequido y concentrar los componentes de intereacutes La concentracioacuten de litio en las salmueras es baja y variacutea dentro de

cada salar y entre los distintos salares fluctuando entre unas pocas decenas de partes por milloacuten y poco maacutes de mil de acuerdo con

estos valores puede estimarse que por cada tonelada de litio extraiacuteda se evaporan alrededor

de dos millones de litros de agua clara evidencia de que la mineriacutea del litio en salares es

una mineriacutea del agua

iquestA quieacuten impacta

ldquoNo puede ni debe realizarse ninguacuten tipo de actividad minera sin el consentimiento libre previo e informado de las comunidades involucradasrdquo

Y nosotros que podemos hacerDesarrollo de nuevos materialesPreparacioacuten de materiales

CaracterizacioacutenEstudios Teoacutericos

Y nosotros que podemos hacerDesarrollo de nuevos materialesPreparacioacuten de materiales

CaracterizacioacutenEstudios Teoacutericos

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Bateriacuteas ldquoRecargablesrdquo proceso electroquiacutemico reversible

1)Bateriacutea de Plomo-aacutecido (PbH2SO4)

Pb (metal) H2SO4(ac) oacutexido de plomo (PbO2)electrodo (-) electrodo (+)

REACCIONES

Pb + H2SO4(ac) PbSO4(s) + 2H+ + 2e- Anodo (-)

PbO2(s) + H2SO4(ac) + 2H+ + 2endash PbSO4(s) + 2H2O Caacutetodo (+)

Proceso Neto (descarga)

Pb + PbO2(s) + 2H2SO4(ac) 2PbSO4(s) + 2H2O

Voltaje 21 - 22 V

2) Bateriacutea de Litio metaacutelico Li oacutexido metaacutelico

Li (metal) solvente orgaacutenico oacutexido de metal (Co Ni Mn)electrodo (-) electrodo (+)

REACCIONES Li(metaacutelico) Li+ + e- Anodo (-)

CoO2(s) + Li+ + endash LiCoO2(s) Caacutetodo (+)

Proceso Neto (descarga) Li + CoO2(s) LiCoO2(s) 37 - 39 V

Proceso de Recarga LiCoO2(s) Li + CoO2(s)

SistemaSelladoaislado de 02 y agua

Problemas del aacutenodo de litio metal

Aacutenodo Litio

metal(-)

Caacutetodo(+)

Electrolito

Crecimiento de dendritas durante los ciclos de recarga

Separador

3) Bateriacutea de ioacuten-Litio C6(Li) oacutexido metaacutelico

Grafito(Li+) solv orgaacutenico + sal de litio oacutexido de metal (Co Ni Mn)electrodo (-) electrodo (+)

REACCIONES C6-(Li+) C6 + Li+ + e- Anodo (-)

CoO2(s) + Li+ + endash LiCoO2(s) Caacutetodo (+)

Proceso Neto (descarga) C6(Li) + CoO2(s) C6 + LiCoO2(s) 36-37 V

Proceso de Recarga C6 + LiCoO2(s) C6(Li) + CoO2(s)

SistemaSellado

Aacutenodo de grafito (C6)

Orbitales deslocalizados

TecnologiacuteaSony comercializoacute la primer bateriacutea de Ion Li en 1991

En 2011 las bateriacuteas de ion-Li abarcaron el 66 de todas las bateriacuteas recargables en Japoacuten

iquestPor queacute pensar HOY en Bateriacuteas de Litio

Ambiente

1832-1930 2030

iquestPor queacute pensar HOY en Bateriacuteas de Litio

Ambientey

EnergiacuteaCO2

ldquo0rdquo emision

90 eficiencia

Enficiencia gt 40 oacute gt70

Eficiencia - 50-60

Eficiencia lt 25

CO2

etc

Bio-fuel y Petroleo Baja Eficiencia

iquestPor queacute pensar HOY en Bateriacuteas de Litio

Una bateriacutea de ion-Litio require 03 Kg de metal Li o 14 and 15 kg of Li2CO3 por kWh de capacidad de bateriacutea

Auto hiacutebrido promedio utiliza unos 5-20 kWh en bateriacuteas Esto es 15 kg of Litio o 7 kg of Li2CO3 por auto

Un auto totalmente eleacutectrico require bateriacuteas de 90 kWh Esto es 3 kg de Litio o 13 kg de Li2CO3 por auto

El precio de las bateriacuteas de ion-litio va desde 300 ndash 800 u$s kWh (comparada a 50-100 u$s kWh para la tecnologiacutea de Plomo aacutecido)

Distribucioacuten geograacutefica del Litio

Salares

Minerales

Bolivia

Chile

Argentina

Yacimientos en Bolivia ndash Chile ndash ArgentinaEn nuestros Salares aprox 80 de los recursos mundiales

Yacimientos de Salares en LatinoameacutericaldquoTriaacutengulo del Litiordquo Argentina - Bolivia - Chile

Salar de Uyuni Bolivia Salar de Atacama

Chile

Salar del Hombre Muerto Argentina

Ambiente de los salares

iquestImpacto en el ambiente

La Negra ChilePlanta

en Salta

Bateriacuteas comerciales de ioacuten-litio

Bateriacutea 18650

Bateriacuteas prismaacuteticas

ldquopackrdquo para notebook

Bateriacutea de ioacuten-litio

Bateriacutea de ioacuten-litio

Anodo Construido sobre una laacutemina de Cobre de 10-20 mm de espesor

Caacutetodo Construido sobre una laacutemina de Aluminio de 10-20 mm de espesor

Bateriacutea 18650 37 V 2100 mAh

Bateriacuteas Recargables de ioacuten Li+ en uso actual

CaacutetodoLiXCoO2

AnodoLiXC6

Solucioacuten de Electrolito Etilen-Carbonato amp Di-Metil Carbonato LiPF6 Voltaje 37 V Densidad de Energiacutea 150 WhKg

CathodeSurface films

AnodeSurface films

D Aurbach et Al Materials Today 2014

Anodos para Bateriacuteas recargables de ioacuten-Li

Li4Ti5O12 + 3Li+ + 3 e- harr Li7Ti5O12

Li1-xC6 + xLi+ + x e- harr LiC6

MX + 2eminus + 2Li+ M + Li2X

MX2 + eminus + Li+ + LiMX2

Insercioacuten

Conversioacuten

Capacidad Praacutectica 160 mAhg

LiC6

LiC12

Grafito

Oxido de Titanio

Anodos importantes en uso Compuestos de intercalacioacuten

Sn + xe- + xLi+ lt=gt LixSn x 44 gt900 mAhgSi + xe- + xLi+ lt=gt LixSi x 44 gt4000 mAhg

Problema se necesitan Nano estructuras

Capacidad Praacutectica 330 mAhg

12

16

20

240 50 100 150 50 100 150

12

16

20

24

Voltag

e V

vs LiL

i+

Capacity mAhg-1

0 100 200 30000

04

08

12

100 200 30000

04

08

12

Voltag

e V

vs LiL

i+

Capacity mAhg-1

iquestY nosotros queacute podemos hacerDesarrollo de nuevos materiales

- Preparacioacuten de materiales- Caracterizacioacuten- Estudios Teoacutericos y Simulaciones

Desarrollo de nuevos materiales- Preparacioacuten de materiales- Caracterizacioacuten- Estudios Teoacutericos y Simulaciones

iquestY nosotros queacute podemos hacer

Metodologiacutea de trabajo Siacutentesis de materiales activos

Caracterizacioacuten estructural y morfoloacutegica

Ensamble de celda y caracterizacioacuten electroquiacutemica

ModeloTeoacuterico

Simulacioacuten Computacional

Anaacutelisis e Interpretacioacuten

Estudios Teoacutericos

Estudios Experimentales

Liacuteneas de trabajo en el LaES

- Desarrollo y caracterizacioacuten de materiales para aacutenodos Basados en Carbono Titanatos de litio Silicio y Estantildeo

- Desarrollo y caracterizacioacuten de materiales para caacutetodos Basados en Azufre

- Simulaciones computacionalesInsercioacuten de iones litio en grafito y titanatos de litioModelado de materiales de carbonos porosos(Dinaacutemica Molecular Teoriacutea DFT Mecaacutenica

Estadiacutestica Montecarlo)

iexclMuchas gracias

laeslabuncgmailcom

Algunos temas de trabajo- Materiales hiacutebridos basados en carbono como electrodos para bateriacuteas de Li

Dra Guillermina Luque

- Agregado de aditivos y modificacioacuten de separadores para mejorar la performance de baterias de litio-azufre Dr Germaacuten Lener Dra Andrea Calderoacuten Dra Victoria Bracamonte

- Construccioacuten y caracterizacioacuten experimental y teoacuterica de dispositivos de conversioacuten fotovoltaica basados en perovskitas de halogenuros organometaacutelicos

Dr Agustiacuten Sigal

- Trabajo experimental y teoacuterico de materiales para electrodos de bateriacuteas azufre-litio y ioacuten-litio

Dr Germaacuten Lener Dr Agustiacuten Sigal

Algunos temas de trabajo- Estudios de la insercioacuten de iones de Li en compuestos de intercalacioacuten utilizados como electrodos de celdas de ion-Li

Dr Eduardo Perassi

- Caacutelculos ab-initio y simulaciones computacionales de sistemas relacionados con bateriacuteas de Litio celdas de combustible y adsorcioacuten sobre superficies Dra Cecilia Gimenez y Dr Luis Reinaudi

- Materiales activos de electrodo basados en oacutexidos de titanio y titanatos de metales alcalinos para su aplicacioacuten como aacutenodos en bateriacuteas de ioacuten-litio

Dr Osvaldo Caacutemara y Dra Fabiana Oliva

- Partiacuteculas aislantes vs partiacuteculas conductoras Efectos de la percolacioacuten en la conduccioacuten eleacutectrica

Dr Patricio Veacutelez

Algunas estrategias de ensamble

pero no solo para

automoacutevileshellip

iquesthogares sutentables

Vectores - Oportunidades = Litio (como bateriacuteas de Litio)

bullBateriacuteas de ion-Li En 2007 se produjeron mundialmente 2500000000 de bateriacuteas de Li

Se proyecta una utilizacioacuten de 20000 t en la fabricacioacuten de bateriacuteas para vehiacuteculos eleacutectricos cuya produccioacuten estimada es de 500000 vehiacuteculos eleacutectricos en 2015 y 15 millones en 2020 Se consumen actualmente 100000 toneladas en el mercado mundial

Ameacuterica Latina concentra entre el 50 y el 80 de las reservas mundiales (Bolivia Chile Argentina)

El Litio es un material no contaminante (en todo caso antidepresivo)

Tecnologiacutea Madura

Bateriacutea de Cinc-Cobre Reacciones Reacutedox

Cu+2 + 2e rarr Cu Reduccioacuten Zn rarr Zn+2 + 2e Oxidacioacuten

Proceso netoCu+2 + Zn rarr Cu + Zn+2 11 Volts

Proceso Electroquiacutemico

Clasificacioacuten General

a)Bateriacuteas productoras de Energiacutea Bateriacuteas ldquoPrimariasrdquo

- Cinc-Carboacuten (comuacuten)- Cinc-Carboacuten Alcalinas- Tipo ldquobotoacutenrdquo (de reloj)

b) Bateriacuteas de almacenamiento de Energiacutea Bateriacuteas ldquoSecundariasrdquo o ldquoRecargablesrdquo

- Plomo-aacutecido- Niacutequel-Cadmio- Niacutequel-Metal hidruro- Litio metaacutelico (en desuso)- Ioacuten-Litio

Utiles como Vectores Energeacuteticos

Un solo uso

Quiacutemica de las Bateriacuteas mas comunes

1) ldquoPilardquo de Leclancheacute o ldquopila secardquo Cinc-carbon (Zn-C)

Zn (metal) pasta de NH4ClndashZnCl2 oacutexido de manganeso + carboacuten grafitoelectrodo (-) electrodo (+)

REACCIONES

Zn Zn2+(ac) + 2 e

ndash Anodo (-)

2 MnO2(s) + 2endash + hellip 2 MnO(OH)(s) + Caacutetodo (+)

Diferencia de Potencial Eleacutectrico

Voltaje 150 Volts

Bateriacuteas ldquoPrimariasrdquo

Aacutenodo de grafitoproceso de cargado

Colector de corriente

Grafeno

Nube de electrones

Bateriacutea de ion-litio

Anodo Construido sobre una laacutemina de Cobre de 10-20 mm de espesor

Caacutetodo Construido sobre una laacutemina de Aluminio de 10-20 mm de espesor

Bateriacutea 18650 37 V 2100 mAh

bullBateriacuteas de ion-Li En 2007 se produjeron mundialmente 2500000000 de bateriacuteas de Li

Se proyecta una utilizacioacuten de 20000 t de Litio en la fabricacioacuten de bateriacuteas para vehiacuteculos eleacutectricos cuya produccioacuten estimada es de 500000 vehiacuteculos eleacutectricos en 2015 y 15 millones en 2020 Se consumen actualmente 100000 toneladas en el mercado mundial

Ameacuterica Latina concentra entre el 50 y el 70 de las reservas mundiales (Bolivia Chile Argentina)

El Li es un material no contaminante(en todo caso antidepresivo)

Tecnologiacutea Madura

Datos Interesantes

Energiacuteas especiacuteficas

Minerales conteniendo Litio

54

Ocurrencia Li en la corteza terrestre 0006 (entre los 27 mas abundantes) Se conocen mas de 150 minerales portadores de Li

Yacimientos Minerales de Pegmatitas Presente en magmas de baja viscosidad Pegmatitas de estructura zonada Se encuentra junto a Casiterita Berilo Apatita Columbita Granate Turmalina Feldespato Cuarzo Micas y otros

Salmueras Naturales Lagos salinos y salares Yacimientos de evaporacioacuten (minerales evaporiacuteticos) Alta solubilidad del Cloruro de Li Zonas aacuteridas

Imagen Nombre Foacutermula de Li2O

Espodumeno Li2O Al2O34SiO2

(PF 37620)804

(37 Li)

Lepidolita Li2AlSi4O10(FOH)(PF 37334)

3 ndash 6(37 Li)

Zinnwaldita KLiFeAl2Si3O10(OHF)(PF 42011)

2 ndash 4(17 Li)

Ambligonita Li Al(FOH)PO4

(PF 14587)101

(48 Li)

Tipos de Minerales

- Explotacioacuten extraccioacuten de aguas subterraacuteneas salinas- Procesamiento - Bombeo de salmueras (conteniendo 300 - 1500 ppm Li+) - Evaporacioacuten y Concentracioacuten de Litio (aprox factor gt10) - Purificacioacuten de salmueras Agregado de Ca(OH)2

separacioacuten de Mg(OH)2 boacuterax sulfatos

- Adicioacuten de Na2CO3 obtencioacuten de Li2CO3

Recuperacioacuten de aprox 90 de Li de la salmuera inicialSubproductos KCl CaSO4 2H2O(yeso) Mg(OH)2 Boacuterax

Obtencioacuten de Litio desde los Salares

Li2CO3

Reservas de Litio a nivel global

Reservas desde salares

Ameacuterica del sur guarda el 75 de las reservas de Litio mundiales

iquestFuturo de las bateriacuteas de Ion-LibullBateriacuteas de litio-aire

iquestFuturo de las bateriacuteas de Ion-LibullBateriacuteas de litio-aire

Algunas conclusiones El almacenamiento de energiacutea hoy juega un rol determinante para reemplazar el petroacuteleo con energiacuteas alternativas

El desarrollo del aacutenodo de grafito significoacute un profundo salto en el desarrollo de las bateriacuteas de litio

Por su versatilidad la bateriacutea de ioacuten-litio puede satisfacer necesidades de requerimientos muy variados

Hoy es posible desarrollar e investigar bateriacuteas de ion-Li en la Argentina

Particularmente en nuestra universidad se estaacute investigando en el disentildeo estudio y preparacioacuten de materiales alternativos para electrodos de estas bateriacuteas

Litio

66

Siacutembolo quiacutemico LiNuacutemero Atoacutemico (Z) 3Elemento perteneciente al Grupo I Metales Alcalinos (1s2 2s1)Peso Atoacutemico 6941 umaEs el elemento metaacutelico maacutes liviano que existe a temperatura ambiente Soacutelido a temperatura ambienteIsoacutetopos 6 Li Abundancia 742 No Radioactivo

7 Li Abundancia 9258 No Radioactivo 5 Li 8 Li 9Li Isoacutetopos artificiales

Estado de Oxidacioacuten 1+ (catioacuten Li+)Radio atoacutemico 0152 nm (metal)Radio ioacutenico (Li+) 0060 nm

Caracteriacuteticas

67

Metal blanco lustre plateado y dureza de 06 (maacutes blando que el plomo) Densidad alrededor de la mitad del aguaEs altamente reactivo y se asemeja al sodio en su comportamiento quiacutemico El Cloruro de Litio es muy soluble en agua Los Carbonatos Fluoruros y Fosfatos de litio son muy poco solubles en agua Reacciona muy raacutepidamente con el aire (O2 y N2) y con agua

Debe ser almacenado sumergido en un liacutequido orgaacutenico (hidrocarburo) como nafta kerosene etc El metal arde fuertemente en aire con llama blanca brillante Las soluciones acuosas de Li+ imparten un color rojo carmesiacute a la llama

Litio y derivadosArbol de Litio

Ton Li 2CO

3

Uso proyectado en celulares

Yacimientos de minerales en Argentina

Pegmatitas Sierras Pampeanas San Luis CoacuterdobaSan Juan La Rioja Catamarca Salta Jujuy

Tipos de Minerales Silicatos Espodumeno LiAlSi2O6 (75 a 8 LiO2)

Petalita LiAlSi4O10

Micas Lepidolita K[LiAl]3[AlSi]4O10[FOH]2

Zinwaldita K[LiAlFe]3[AlSi]4O10[FOH]2

Fosfatos Litiofilita (MnLi)PO4

Ambligonita (LiNa)Al(FOH)PO4

Yacimientos en Argentina

Salares y Salmueras NaturalesZona de la Puna Salta Jujuy y Catamarca

Jujuy

Salta

Catamarca

Ambiente de los salares

iquestImpacto en el ambiente

La Negra ChilePlanta

en Salta

- La existencia de costras soacutelidas de sal es soacutelo una caracteriacutestica superficial que estaacute presente en algunos salares pero no es representativa de la complejidad del sistema

- Un salar tiene asociado un cuerpo subterraacuteneo de salmuera que lo alimenta y tiene diferentes lsquofaciesrsquo de sales en profundidad como cloruro de sodio (halita) cloruros y sulfatos de potasio y magnesio y otros sulfatos y carbonatos

Geologiacutea de un Salar

Produccioacuten Global de litio(en metal equivalente)

- La existencia de costras soacutelidas de sal es soacutelo una caracteriacutestica superficial que estaacute presente en algunos salares pero no es representativa de la complejidad del sistema

- Un salar tiene asociado un cuerpo subterraacuteneo de salmuera que lo alimenta y tiene diferentes lsquofaciesrsquo de sales en profundidad como cloruro de sodio (halita) cloruros y sulfatos de potasio y magnesio y otros sulfatos y carbonatos

Geologiacutea de un Salar

Aspectos de relevanciaConsumo y contaminacioacuten de agua impactos en el paisaje introduccioacuten de caminos de exploracioacuten en ecosistemas sensibles instalacioacuten de infraestructura impacto en la flora y fauna de la actividad industrial donde antes no la habiacutea generacioacuten de residuos soacutelidos y quiacutemicos

La salmuera es bombeada mediante perforaciones y luego se la expone al sol para

evaporar el liacutequido y concentrar los componentes de intereacutes La concentracioacuten de litio en las salmueras es baja y variacutea dentro de

cada salar y entre los distintos salares fluctuando entre unas pocas decenas de partes por milloacuten y poco maacutes de mil de acuerdo con

estos valores puede estimarse que por cada tonelada de litio extraiacuteda se evaporan alrededor

de dos millones de litros de agua clara evidencia de que la mineriacutea del litio en salares es

una mineriacutea del agua

iquestA quieacuten impacta

ldquoNo puede ni debe realizarse ninguacuten tipo de actividad minera sin el consentimiento libre previo e informado de las comunidades involucradasrdquo

Y nosotros que podemos hacerDesarrollo de nuevos materialesPreparacioacuten de materiales

CaracterizacioacutenEstudios Teoacutericos

Y nosotros que podemos hacerDesarrollo de nuevos materialesPreparacioacuten de materiales

CaracterizacioacutenEstudios Teoacutericos

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Page 12: Presentación de PowerPoint - famaf.unc.edu.ar · Oxido de Titanio Anodos importantes en uso Compuestos de intercalación Sn + xe-+ xLi+  Li ... Ensamble de celda y caracterización

2) Bateriacutea de Litio metaacutelico Li oacutexido metaacutelico

Li (metal) solvente orgaacutenico oacutexido de metal (Co Ni Mn)electrodo (-) electrodo (+)

REACCIONES Li(metaacutelico) Li+ + e- Anodo (-)

CoO2(s) + Li+ + endash LiCoO2(s) Caacutetodo (+)

Proceso Neto (descarga) Li + CoO2(s) LiCoO2(s) 37 - 39 V

Proceso de Recarga LiCoO2(s) Li + CoO2(s)

SistemaSelladoaislado de 02 y agua

Problemas del aacutenodo de litio metal

Aacutenodo Litio

metal(-)

Caacutetodo(+)

Electrolito

Crecimiento de dendritas durante los ciclos de recarga

Separador

3) Bateriacutea de ioacuten-Litio C6(Li) oacutexido metaacutelico

Grafito(Li+) solv orgaacutenico + sal de litio oacutexido de metal (Co Ni Mn)electrodo (-) electrodo (+)

REACCIONES C6-(Li+) C6 + Li+ + e- Anodo (-)

CoO2(s) + Li+ + endash LiCoO2(s) Caacutetodo (+)

Proceso Neto (descarga) C6(Li) + CoO2(s) C6 + LiCoO2(s) 36-37 V

Proceso de Recarga C6 + LiCoO2(s) C6(Li) + CoO2(s)

SistemaSellado

Aacutenodo de grafito (C6)

Orbitales deslocalizados

TecnologiacuteaSony comercializoacute la primer bateriacutea de Ion Li en 1991

En 2011 las bateriacuteas de ion-Li abarcaron el 66 de todas las bateriacuteas recargables en Japoacuten

iquestPor queacute pensar HOY en Bateriacuteas de Litio

Ambiente

1832-1930 2030

iquestPor queacute pensar HOY en Bateriacuteas de Litio

Ambientey

EnergiacuteaCO2

ldquo0rdquo emision

90 eficiencia

Enficiencia gt 40 oacute gt70

Eficiencia - 50-60

Eficiencia lt 25

CO2

etc

Bio-fuel y Petroleo Baja Eficiencia

iquestPor queacute pensar HOY en Bateriacuteas de Litio

Una bateriacutea de ion-Litio require 03 Kg de metal Li o 14 and 15 kg of Li2CO3 por kWh de capacidad de bateriacutea

Auto hiacutebrido promedio utiliza unos 5-20 kWh en bateriacuteas Esto es 15 kg of Litio o 7 kg of Li2CO3 por auto

Un auto totalmente eleacutectrico require bateriacuteas de 90 kWh Esto es 3 kg de Litio o 13 kg de Li2CO3 por auto

El precio de las bateriacuteas de ion-litio va desde 300 ndash 800 u$s kWh (comparada a 50-100 u$s kWh para la tecnologiacutea de Plomo aacutecido)

Distribucioacuten geograacutefica del Litio

Salares

Minerales

Bolivia

Chile

Argentina

Yacimientos en Bolivia ndash Chile ndash ArgentinaEn nuestros Salares aprox 80 de los recursos mundiales

Yacimientos de Salares en LatinoameacutericaldquoTriaacutengulo del Litiordquo Argentina - Bolivia - Chile

Salar de Uyuni Bolivia Salar de Atacama

Chile

Salar del Hombre Muerto Argentina

Ambiente de los salares

iquestImpacto en el ambiente

La Negra ChilePlanta

en Salta

Bateriacuteas comerciales de ioacuten-litio

Bateriacutea 18650

Bateriacuteas prismaacuteticas

ldquopackrdquo para notebook

Bateriacutea de ioacuten-litio

Bateriacutea de ioacuten-litio

Anodo Construido sobre una laacutemina de Cobre de 10-20 mm de espesor

Caacutetodo Construido sobre una laacutemina de Aluminio de 10-20 mm de espesor

Bateriacutea 18650 37 V 2100 mAh

Bateriacuteas Recargables de ioacuten Li+ en uso actual

CaacutetodoLiXCoO2

AnodoLiXC6

Solucioacuten de Electrolito Etilen-Carbonato amp Di-Metil Carbonato LiPF6 Voltaje 37 V Densidad de Energiacutea 150 WhKg

CathodeSurface films

AnodeSurface films

D Aurbach et Al Materials Today 2014

Anodos para Bateriacuteas recargables de ioacuten-Li

Li4Ti5O12 + 3Li+ + 3 e- harr Li7Ti5O12

Li1-xC6 + xLi+ + x e- harr LiC6

MX + 2eminus + 2Li+ M + Li2X

MX2 + eminus + Li+ + LiMX2

Insercioacuten

Conversioacuten

Capacidad Praacutectica 160 mAhg

LiC6

LiC12

Grafito

Oxido de Titanio

Anodos importantes en uso Compuestos de intercalacioacuten

Sn + xe- + xLi+ lt=gt LixSn x 44 gt900 mAhgSi + xe- + xLi+ lt=gt LixSi x 44 gt4000 mAhg

Problema se necesitan Nano estructuras

Capacidad Praacutectica 330 mAhg

12

16

20

240 50 100 150 50 100 150

12

16

20

24

Voltag

e V

vs LiL

i+

Capacity mAhg-1

0 100 200 30000

04

08

12

100 200 30000

04

08

12

Voltag

e V

vs LiL

i+

Capacity mAhg-1

iquestY nosotros queacute podemos hacerDesarrollo de nuevos materiales

- Preparacioacuten de materiales- Caracterizacioacuten- Estudios Teoacutericos y Simulaciones

Desarrollo de nuevos materiales- Preparacioacuten de materiales- Caracterizacioacuten- Estudios Teoacutericos y Simulaciones

iquestY nosotros queacute podemos hacer

Metodologiacutea de trabajo Siacutentesis de materiales activos

Caracterizacioacuten estructural y morfoloacutegica

Ensamble de celda y caracterizacioacuten electroquiacutemica

ModeloTeoacuterico

Simulacioacuten Computacional

Anaacutelisis e Interpretacioacuten

Estudios Teoacutericos

Estudios Experimentales

Liacuteneas de trabajo en el LaES

- Desarrollo y caracterizacioacuten de materiales para aacutenodos Basados en Carbono Titanatos de litio Silicio y Estantildeo

- Desarrollo y caracterizacioacuten de materiales para caacutetodos Basados en Azufre

- Simulaciones computacionalesInsercioacuten de iones litio en grafito y titanatos de litioModelado de materiales de carbonos porosos(Dinaacutemica Molecular Teoriacutea DFT Mecaacutenica

Estadiacutestica Montecarlo)

iexclMuchas gracias

laeslabuncgmailcom

Algunos temas de trabajo- Materiales hiacutebridos basados en carbono como electrodos para bateriacuteas de Li

Dra Guillermina Luque

- Agregado de aditivos y modificacioacuten de separadores para mejorar la performance de baterias de litio-azufre Dr Germaacuten Lener Dra Andrea Calderoacuten Dra Victoria Bracamonte

- Construccioacuten y caracterizacioacuten experimental y teoacuterica de dispositivos de conversioacuten fotovoltaica basados en perovskitas de halogenuros organometaacutelicos

Dr Agustiacuten Sigal

- Trabajo experimental y teoacuterico de materiales para electrodos de bateriacuteas azufre-litio y ioacuten-litio

Dr Germaacuten Lener Dr Agustiacuten Sigal

Algunos temas de trabajo- Estudios de la insercioacuten de iones de Li en compuestos de intercalacioacuten utilizados como electrodos de celdas de ion-Li

Dr Eduardo Perassi

- Caacutelculos ab-initio y simulaciones computacionales de sistemas relacionados con bateriacuteas de Litio celdas de combustible y adsorcioacuten sobre superficies Dra Cecilia Gimenez y Dr Luis Reinaudi

- Materiales activos de electrodo basados en oacutexidos de titanio y titanatos de metales alcalinos para su aplicacioacuten como aacutenodos en bateriacuteas de ioacuten-litio

Dr Osvaldo Caacutemara y Dra Fabiana Oliva

- Partiacuteculas aislantes vs partiacuteculas conductoras Efectos de la percolacioacuten en la conduccioacuten eleacutectrica

Dr Patricio Veacutelez

Algunas estrategias de ensamble

pero no solo para

automoacutevileshellip

iquesthogares sutentables

Vectores - Oportunidades = Litio (como bateriacuteas de Litio)

bullBateriacuteas de ion-Li En 2007 se produjeron mundialmente 2500000000 de bateriacuteas de Li

Se proyecta una utilizacioacuten de 20000 t en la fabricacioacuten de bateriacuteas para vehiacuteculos eleacutectricos cuya produccioacuten estimada es de 500000 vehiacuteculos eleacutectricos en 2015 y 15 millones en 2020 Se consumen actualmente 100000 toneladas en el mercado mundial

Ameacuterica Latina concentra entre el 50 y el 80 de las reservas mundiales (Bolivia Chile Argentina)

El Litio es un material no contaminante (en todo caso antidepresivo)

Tecnologiacutea Madura

Bateriacutea de Cinc-Cobre Reacciones Reacutedox

Cu+2 + 2e rarr Cu Reduccioacuten Zn rarr Zn+2 + 2e Oxidacioacuten

Proceso netoCu+2 + Zn rarr Cu + Zn+2 11 Volts

Proceso Electroquiacutemico

Clasificacioacuten General

a)Bateriacuteas productoras de Energiacutea Bateriacuteas ldquoPrimariasrdquo

- Cinc-Carboacuten (comuacuten)- Cinc-Carboacuten Alcalinas- Tipo ldquobotoacutenrdquo (de reloj)

b) Bateriacuteas de almacenamiento de Energiacutea Bateriacuteas ldquoSecundariasrdquo o ldquoRecargablesrdquo

- Plomo-aacutecido- Niacutequel-Cadmio- Niacutequel-Metal hidruro- Litio metaacutelico (en desuso)- Ioacuten-Litio

Utiles como Vectores Energeacuteticos

Un solo uso

Quiacutemica de las Bateriacuteas mas comunes

1) ldquoPilardquo de Leclancheacute o ldquopila secardquo Cinc-carbon (Zn-C)

Zn (metal) pasta de NH4ClndashZnCl2 oacutexido de manganeso + carboacuten grafitoelectrodo (-) electrodo (+)

REACCIONES

Zn Zn2+(ac) + 2 e

ndash Anodo (-)

2 MnO2(s) + 2endash + hellip 2 MnO(OH)(s) + Caacutetodo (+)

Diferencia de Potencial Eleacutectrico

Voltaje 150 Volts

Bateriacuteas ldquoPrimariasrdquo

Aacutenodo de grafitoproceso de cargado

Colector de corriente

Grafeno

Nube de electrones

Bateriacutea de ion-litio

Anodo Construido sobre una laacutemina de Cobre de 10-20 mm de espesor

Caacutetodo Construido sobre una laacutemina de Aluminio de 10-20 mm de espesor

Bateriacutea 18650 37 V 2100 mAh

bullBateriacuteas de ion-Li En 2007 se produjeron mundialmente 2500000000 de bateriacuteas de Li

Se proyecta una utilizacioacuten de 20000 t de Litio en la fabricacioacuten de bateriacuteas para vehiacuteculos eleacutectricos cuya produccioacuten estimada es de 500000 vehiacuteculos eleacutectricos en 2015 y 15 millones en 2020 Se consumen actualmente 100000 toneladas en el mercado mundial

Ameacuterica Latina concentra entre el 50 y el 70 de las reservas mundiales (Bolivia Chile Argentina)

El Li es un material no contaminante(en todo caso antidepresivo)

Tecnologiacutea Madura

Datos Interesantes

Energiacuteas especiacuteficas

Minerales conteniendo Litio

54

Ocurrencia Li en la corteza terrestre 0006 (entre los 27 mas abundantes) Se conocen mas de 150 minerales portadores de Li

Yacimientos Minerales de Pegmatitas Presente en magmas de baja viscosidad Pegmatitas de estructura zonada Se encuentra junto a Casiterita Berilo Apatita Columbita Granate Turmalina Feldespato Cuarzo Micas y otros

Salmueras Naturales Lagos salinos y salares Yacimientos de evaporacioacuten (minerales evaporiacuteticos) Alta solubilidad del Cloruro de Li Zonas aacuteridas

Imagen Nombre Foacutermula de Li2O

Espodumeno Li2O Al2O34SiO2

(PF 37620)804

(37 Li)

Lepidolita Li2AlSi4O10(FOH)(PF 37334)

3 ndash 6(37 Li)

Zinnwaldita KLiFeAl2Si3O10(OHF)(PF 42011)

2 ndash 4(17 Li)

Ambligonita Li Al(FOH)PO4

(PF 14587)101

(48 Li)

Tipos de Minerales

- Explotacioacuten extraccioacuten de aguas subterraacuteneas salinas- Procesamiento - Bombeo de salmueras (conteniendo 300 - 1500 ppm Li+) - Evaporacioacuten y Concentracioacuten de Litio (aprox factor gt10) - Purificacioacuten de salmueras Agregado de Ca(OH)2

separacioacuten de Mg(OH)2 boacuterax sulfatos

- Adicioacuten de Na2CO3 obtencioacuten de Li2CO3

Recuperacioacuten de aprox 90 de Li de la salmuera inicialSubproductos KCl CaSO4 2H2O(yeso) Mg(OH)2 Boacuterax

Obtencioacuten de Litio desde los Salares

Li2CO3

Reservas de Litio a nivel global

Reservas desde salares

Ameacuterica del sur guarda el 75 de las reservas de Litio mundiales

iquestFuturo de las bateriacuteas de Ion-LibullBateriacuteas de litio-aire

iquestFuturo de las bateriacuteas de Ion-LibullBateriacuteas de litio-aire

Algunas conclusiones El almacenamiento de energiacutea hoy juega un rol determinante para reemplazar el petroacuteleo con energiacuteas alternativas

El desarrollo del aacutenodo de grafito significoacute un profundo salto en el desarrollo de las bateriacuteas de litio

Por su versatilidad la bateriacutea de ioacuten-litio puede satisfacer necesidades de requerimientos muy variados

Hoy es posible desarrollar e investigar bateriacuteas de ion-Li en la Argentina

Particularmente en nuestra universidad se estaacute investigando en el disentildeo estudio y preparacioacuten de materiales alternativos para electrodos de estas bateriacuteas

Litio

66

Siacutembolo quiacutemico LiNuacutemero Atoacutemico (Z) 3Elemento perteneciente al Grupo I Metales Alcalinos (1s2 2s1)Peso Atoacutemico 6941 umaEs el elemento metaacutelico maacutes liviano que existe a temperatura ambiente Soacutelido a temperatura ambienteIsoacutetopos 6 Li Abundancia 742 No Radioactivo

7 Li Abundancia 9258 No Radioactivo 5 Li 8 Li 9Li Isoacutetopos artificiales

Estado de Oxidacioacuten 1+ (catioacuten Li+)Radio atoacutemico 0152 nm (metal)Radio ioacutenico (Li+) 0060 nm

Caracteriacuteticas

67

Metal blanco lustre plateado y dureza de 06 (maacutes blando que el plomo) Densidad alrededor de la mitad del aguaEs altamente reactivo y se asemeja al sodio en su comportamiento quiacutemico El Cloruro de Litio es muy soluble en agua Los Carbonatos Fluoruros y Fosfatos de litio son muy poco solubles en agua Reacciona muy raacutepidamente con el aire (O2 y N2) y con agua

Debe ser almacenado sumergido en un liacutequido orgaacutenico (hidrocarburo) como nafta kerosene etc El metal arde fuertemente en aire con llama blanca brillante Las soluciones acuosas de Li+ imparten un color rojo carmesiacute a la llama

Litio y derivadosArbol de Litio

Ton Li 2CO

3

Uso proyectado en celulares

Yacimientos de minerales en Argentina

Pegmatitas Sierras Pampeanas San Luis CoacuterdobaSan Juan La Rioja Catamarca Salta Jujuy

Tipos de Minerales Silicatos Espodumeno LiAlSi2O6 (75 a 8 LiO2)

Petalita LiAlSi4O10

Micas Lepidolita K[LiAl]3[AlSi]4O10[FOH]2

Zinwaldita K[LiAlFe]3[AlSi]4O10[FOH]2

Fosfatos Litiofilita (MnLi)PO4

Ambligonita (LiNa)Al(FOH)PO4

Yacimientos en Argentina

Salares y Salmueras NaturalesZona de la Puna Salta Jujuy y Catamarca

Jujuy

Salta

Catamarca

Ambiente de los salares

iquestImpacto en el ambiente

La Negra ChilePlanta

en Salta

- La existencia de costras soacutelidas de sal es soacutelo una caracteriacutestica superficial que estaacute presente en algunos salares pero no es representativa de la complejidad del sistema

- Un salar tiene asociado un cuerpo subterraacuteneo de salmuera que lo alimenta y tiene diferentes lsquofaciesrsquo de sales en profundidad como cloruro de sodio (halita) cloruros y sulfatos de potasio y magnesio y otros sulfatos y carbonatos

Geologiacutea de un Salar

Produccioacuten Global de litio(en metal equivalente)

- La existencia de costras soacutelidas de sal es soacutelo una caracteriacutestica superficial que estaacute presente en algunos salares pero no es representativa de la complejidad del sistema

- Un salar tiene asociado un cuerpo subterraacuteneo de salmuera que lo alimenta y tiene diferentes lsquofaciesrsquo de sales en profundidad como cloruro de sodio (halita) cloruros y sulfatos de potasio y magnesio y otros sulfatos y carbonatos

Geologiacutea de un Salar

Aspectos de relevanciaConsumo y contaminacioacuten de agua impactos en el paisaje introduccioacuten de caminos de exploracioacuten en ecosistemas sensibles instalacioacuten de infraestructura impacto en la flora y fauna de la actividad industrial donde antes no la habiacutea generacioacuten de residuos soacutelidos y quiacutemicos

La salmuera es bombeada mediante perforaciones y luego se la expone al sol para

evaporar el liacutequido y concentrar los componentes de intereacutes La concentracioacuten de litio en las salmueras es baja y variacutea dentro de

cada salar y entre los distintos salares fluctuando entre unas pocas decenas de partes por milloacuten y poco maacutes de mil de acuerdo con

estos valores puede estimarse que por cada tonelada de litio extraiacuteda se evaporan alrededor

de dos millones de litros de agua clara evidencia de que la mineriacutea del litio en salares es

una mineriacutea del agua

iquestA quieacuten impacta

ldquoNo puede ni debe realizarse ninguacuten tipo de actividad minera sin el consentimiento libre previo e informado de las comunidades involucradasrdquo

Y nosotros que podemos hacerDesarrollo de nuevos materialesPreparacioacuten de materiales

CaracterizacioacutenEstudios Teoacutericos

Y nosotros que podemos hacerDesarrollo de nuevos materialesPreparacioacuten de materiales

CaracterizacioacutenEstudios Teoacutericos

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Page 13: Presentación de PowerPoint - famaf.unc.edu.ar · Oxido de Titanio Anodos importantes en uso Compuestos de intercalación Sn + xe-+ xLi+  Li ... Ensamble de celda y caracterización

Problemas del aacutenodo de litio metal

Aacutenodo Litio

metal(-)

Caacutetodo(+)

Electrolito

Crecimiento de dendritas durante los ciclos de recarga

Separador

3) Bateriacutea de ioacuten-Litio C6(Li) oacutexido metaacutelico

Grafito(Li+) solv orgaacutenico + sal de litio oacutexido de metal (Co Ni Mn)electrodo (-) electrodo (+)

REACCIONES C6-(Li+) C6 + Li+ + e- Anodo (-)

CoO2(s) + Li+ + endash LiCoO2(s) Caacutetodo (+)

Proceso Neto (descarga) C6(Li) + CoO2(s) C6 + LiCoO2(s) 36-37 V

Proceso de Recarga C6 + LiCoO2(s) C6(Li) + CoO2(s)

SistemaSellado

Aacutenodo de grafito (C6)

Orbitales deslocalizados

TecnologiacuteaSony comercializoacute la primer bateriacutea de Ion Li en 1991

En 2011 las bateriacuteas de ion-Li abarcaron el 66 de todas las bateriacuteas recargables en Japoacuten

iquestPor queacute pensar HOY en Bateriacuteas de Litio

Ambiente

1832-1930 2030

iquestPor queacute pensar HOY en Bateriacuteas de Litio

Ambientey

EnergiacuteaCO2

ldquo0rdquo emision

90 eficiencia

Enficiencia gt 40 oacute gt70

Eficiencia - 50-60

Eficiencia lt 25

CO2

etc

Bio-fuel y Petroleo Baja Eficiencia

iquestPor queacute pensar HOY en Bateriacuteas de Litio

Una bateriacutea de ion-Litio require 03 Kg de metal Li o 14 and 15 kg of Li2CO3 por kWh de capacidad de bateriacutea

Auto hiacutebrido promedio utiliza unos 5-20 kWh en bateriacuteas Esto es 15 kg of Litio o 7 kg of Li2CO3 por auto

Un auto totalmente eleacutectrico require bateriacuteas de 90 kWh Esto es 3 kg de Litio o 13 kg de Li2CO3 por auto

El precio de las bateriacuteas de ion-litio va desde 300 ndash 800 u$s kWh (comparada a 50-100 u$s kWh para la tecnologiacutea de Plomo aacutecido)

Distribucioacuten geograacutefica del Litio

Salares

Minerales

Bolivia

Chile

Argentina

Yacimientos en Bolivia ndash Chile ndash ArgentinaEn nuestros Salares aprox 80 de los recursos mundiales

Yacimientos de Salares en LatinoameacutericaldquoTriaacutengulo del Litiordquo Argentina - Bolivia - Chile

Salar de Uyuni Bolivia Salar de Atacama

Chile

Salar del Hombre Muerto Argentina

Ambiente de los salares

iquestImpacto en el ambiente

La Negra ChilePlanta

en Salta

Bateriacuteas comerciales de ioacuten-litio

Bateriacutea 18650

Bateriacuteas prismaacuteticas

ldquopackrdquo para notebook

Bateriacutea de ioacuten-litio

Bateriacutea de ioacuten-litio

Anodo Construido sobre una laacutemina de Cobre de 10-20 mm de espesor

Caacutetodo Construido sobre una laacutemina de Aluminio de 10-20 mm de espesor

Bateriacutea 18650 37 V 2100 mAh

Bateriacuteas Recargables de ioacuten Li+ en uso actual

CaacutetodoLiXCoO2

AnodoLiXC6

Solucioacuten de Electrolito Etilen-Carbonato amp Di-Metil Carbonato LiPF6 Voltaje 37 V Densidad de Energiacutea 150 WhKg

CathodeSurface films

AnodeSurface films

D Aurbach et Al Materials Today 2014

Anodos para Bateriacuteas recargables de ioacuten-Li

Li4Ti5O12 + 3Li+ + 3 e- harr Li7Ti5O12

Li1-xC6 + xLi+ + x e- harr LiC6

MX + 2eminus + 2Li+ M + Li2X

MX2 + eminus + Li+ + LiMX2

Insercioacuten

Conversioacuten

Capacidad Praacutectica 160 mAhg

LiC6

LiC12

Grafito

Oxido de Titanio

Anodos importantes en uso Compuestos de intercalacioacuten

Sn + xe- + xLi+ lt=gt LixSn x 44 gt900 mAhgSi + xe- + xLi+ lt=gt LixSi x 44 gt4000 mAhg

Problema se necesitan Nano estructuras

Capacidad Praacutectica 330 mAhg

12

16

20

240 50 100 150 50 100 150

12

16

20

24

Voltag

e V

vs LiL

i+

Capacity mAhg-1

0 100 200 30000

04

08

12

100 200 30000

04

08

12

Voltag

e V

vs LiL

i+

Capacity mAhg-1

iquestY nosotros queacute podemos hacerDesarrollo de nuevos materiales

- Preparacioacuten de materiales- Caracterizacioacuten- Estudios Teoacutericos y Simulaciones

Desarrollo de nuevos materiales- Preparacioacuten de materiales- Caracterizacioacuten- Estudios Teoacutericos y Simulaciones

iquestY nosotros queacute podemos hacer

Metodologiacutea de trabajo Siacutentesis de materiales activos

Caracterizacioacuten estructural y morfoloacutegica

Ensamble de celda y caracterizacioacuten electroquiacutemica

ModeloTeoacuterico

Simulacioacuten Computacional

Anaacutelisis e Interpretacioacuten

Estudios Teoacutericos

Estudios Experimentales

Liacuteneas de trabajo en el LaES

- Desarrollo y caracterizacioacuten de materiales para aacutenodos Basados en Carbono Titanatos de litio Silicio y Estantildeo

- Desarrollo y caracterizacioacuten de materiales para caacutetodos Basados en Azufre

- Simulaciones computacionalesInsercioacuten de iones litio en grafito y titanatos de litioModelado de materiales de carbonos porosos(Dinaacutemica Molecular Teoriacutea DFT Mecaacutenica

Estadiacutestica Montecarlo)

iexclMuchas gracias

laeslabuncgmailcom

Algunos temas de trabajo- Materiales hiacutebridos basados en carbono como electrodos para bateriacuteas de Li

Dra Guillermina Luque

- Agregado de aditivos y modificacioacuten de separadores para mejorar la performance de baterias de litio-azufre Dr Germaacuten Lener Dra Andrea Calderoacuten Dra Victoria Bracamonte

- Construccioacuten y caracterizacioacuten experimental y teoacuterica de dispositivos de conversioacuten fotovoltaica basados en perovskitas de halogenuros organometaacutelicos

Dr Agustiacuten Sigal

- Trabajo experimental y teoacuterico de materiales para electrodos de bateriacuteas azufre-litio y ioacuten-litio

Dr Germaacuten Lener Dr Agustiacuten Sigal

Algunos temas de trabajo- Estudios de la insercioacuten de iones de Li en compuestos de intercalacioacuten utilizados como electrodos de celdas de ion-Li

Dr Eduardo Perassi

- Caacutelculos ab-initio y simulaciones computacionales de sistemas relacionados con bateriacuteas de Litio celdas de combustible y adsorcioacuten sobre superficies Dra Cecilia Gimenez y Dr Luis Reinaudi

- Materiales activos de electrodo basados en oacutexidos de titanio y titanatos de metales alcalinos para su aplicacioacuten como aacutenodos en bateriacuteas de ioacuten-litio

Dr Osvaldo Caacutemara y Dra Fabiana Oliva

- Partiacuteculas aislantes vs partiacuteculas conductoras Efectos de la percolacioacuten en la conduccioacuten eleacutectrica

Dr Patricio Veacutelez

Algunas estrategias de ensamble

pero no solo para

automoacutevileshellip

iquesthogares sutentables

Vectores - Oportunidades = Litio (como bateriacuteas de Litio)

bullBateriacuteas de ion-Li En 2007 se produjeron mundialmente 2500000000 de bateriacuteas de Li

Se proyecta una utilizacioacuten de 20000 t en la fabricacioacuten de bateriacuteas para vehiacuteculos eleacutectricos cuya produccioacuten estimada es de 500000 vehiacuteculos eleacutectricos en 2015 y 15 millones en 2020 Se consumen actualmente 100000 toneladas en el mercado mundial

Ameacuterica Latina concentra entre el 50 y el 80 de las reservas mundiales (Bolivia Chile Argentina)

El Litio es un material no contaminante (en todo caso antidepresivo)

Tecnologiacutea Madura

Bateriacutea de Cinc-Cobre Reacciones Reacutedox

Cu+2 + 2e rarr Cu Reduccioacuten Zn rarr Zn+2 + 2e Oxidacioacuten

Proceso netoCu+2 + Zn rarr Cu + Zn+2 11 Volts

Proceso Electroquiacutemico

Clasificacioacuten General

a)Bateriacuteas productoras de Energiacutea Bateriacuteas ldquoPrimariasrdquo

- Cinc-Carboacuten (comuacuten)- Cinc-Carboacuten Alcalinas- Tipo ldquobotoacutenrdquo (de reloj)

b) Bateriacuteas de almacenamiento de Energiacutea Bateriacuteas ldquoSecundariasrdquo o ldquoRecargablesrdquo

- Plomo-aacutecido- Niacutequel-Cadmio- Niacutequel-Metal hidruro- Litio metaacutelico (en desuso)- Ioacuten-Litio

Utiles como Vectores Energeacuteticos

Un solo uso

Quiacutemica de las Bateriacuteas mas comunes

1) ldquoPilardquo de Leclancheacute o ldquopila secardquo Cinc-carbon (Zn-C)

Zn (metal) pasta de NH4ClndashZnCl2 oacutexido de manganeso + carboacuten grafitoelectrodo (-) electrodo (+)

REACCIONES

Zn Zn2+(ac) + 2 e

ndash Anodo (-)

2 MnO2(s) + 2endash + hellip 2 MnO(OH)(s) + Caacutetodo (+)

Diferencia de Potencial Eleacutectrico

Voltaje 150 Volts

Bateriacuteas ldquoPrimariasrdquo

Aacutenodo de grafitoproceso de cargado

Colector de corriente

Grafeno

Nube de electrones

Bateriacutea de ion-litio

Anodo Construido sobre una laacutemina de Cobre de 10-20 mm de espesor

Caacutetodo Construido sobre una laacutemina de Aluminio de 10-20 mm de espesor

Bateriacutea 18650 37 V 2100 mAh

bullBateriacuteas de ion-Li En 2007 se produjeron mundialmente 2500000000 de bateriacuteas de Li

Se proyecta una utilizacioacuten de 20000 t de Litio en la fabricacioacuten de bateriacuteas para vehiacuteculos eleacutectricos cuya produccioacuten estimada es de 500000 vehiacuteculos eleacutectricos en 2015 y 15 millones en 2020 Se consumen actualmente 100000 toneladas en el mercado mundial

Ameacuterica Latina concentra entre el 50 y el 70 de las reservas mundiales (Bolivia Chile Argentina)

El Li es un material no contaminante(en todo caso antidepresivo)

Tecnologiacutea Madura

Datos Interesantes

Energiacuteas especiacuteficas

Minerales conteniendo Litio

54

Ocurrencia Li en la corteza terrestre 0006 (entre los 27 mas abundantes) Se conocen mas de 150 minerales portadores de Li

Yacimientos Minerales de Pegmatitas Presente en magmas de baja viscosidad Pegmatitas de estructura zonada Se encuentra junto a Casiterita Berilo Apatita Columbita Granate Turmalina Feldespato Cuarzo Micas y otros

Salmueras Naturales Lagos salinos y salares Yacimientos de evaporacioacuten (minerales evaporiacuteticos) Alta solubilidad del Cloruro de Li Zonas aacuteridas

Imagen Nombre Foacutermula de Li2O

Espodumeno Li2O Al2O34SiO2

(PF 37620)804

(37 Li)

Lepidolita Li2AlSi4O10(FOH)(PF 37334)

3 ndash 6(37 Li)

Zinnwaldita KLiFeAl2Si3O10(OHF)(PF 42011)

2 ndash 4(17 Li)

Ambligonita Li Al(FOH)PO4

(PF 14587)101

(48 Li)

Tipos de Minerales

- Explotacioacuten extraccioacuten de aguas subterraacuteneas salinas- Procesamiento - Bombeo de salmueras (conteniendo 300 - 1500 ppm Li+) - Evaporacioacuten y Concentracioacuten de Litio (aprox factor gt10) - Purificacioacuten de salmueras Agregado de Ca(OH)2

separacioacuten de Mg(OH)2 boacuterax sulfatos

- Adicioacuten de Na2CO3 obtencioacuten de Li2CO3

Recuperacioacuten de aprox 90 de Li de la salmuera inicialSubproductos KCl CaSO4 2H2O(yeso) Mg(OH)2 Boacuterax

Obtencioacuten de Litio desde los Salares

Li2CO3

Reservas de Litio a nivel global

Reservas desde salares

Ameacuterica del sur guarda el 75 de las reservas de Litio mundiales

iquestFuturo de las bateriacuteas de Ion-LibullBateriacuteas de litio-aire

iquestFuturo de las bateriacuteas de Ion-LibullBateriacuteas de litio-aire

Algunas conclusiones El almacenamiento de energiacutea hoy juega un rol determinante para reemplazar el petroacuteleo con energiacuteas alternativas

El desarrollo del aacutenodo de grafito significoacute un profundo salto en el desarrollo de las bateriacuteas de litio

Por su versatilidad la bateriacutea de ioacuten-litio puede satisfacer necesidades de requerimientos muy variados

Hoy es posible desarrollar e investigar bateriacuteas de ion-Li en la Argentina

Particularmente en nuestra universidad se estaacute investigando en el disentildeo estudio y preparacioacuten de materiales alternativos para electrodos de estas bateriacuteas

Litio

66

Siacutembolo quiacutemico LiNuacutemero Atoacutemico (Z) 3Elemento perteneciente al Grupo I Metales Alcalinos (1s2 2s1)Peso Atoacutemico 6941 umaEs el elemento metaacutelico maacutes liviano que existe a temperatura ambiente Soacutelido a temperatura ambienteIsoacutetopos 6 Li Abundancia 742 No Radioactivo

7 Li Abundancia 9258 No Radioactivo 5 Li 8 Li 9Li Isoacutetopos artificiales

Estado de Oxidacioacuten 1+ (catioacuten Li+)Radio atoacutemico 0152 nm (metal)Radio ioacutenico (Li+) 0060 nm

Caracteriacuteticas

67

Metal blanco lustre plateado y dureza de 06 (maacutes blando que el plomo) Densidad alrededor de la mitad del aguaEs altamente reactivo y se asemeja al sodio en su comportamiento quiacutemico El Cloruro de Litio es muy soluble en agua Los Carbonatos Fluoruros y Fosfatos de litio son muy poco solubles en agua Reacciona muy raacutepidamente con el aire (O2 y N2) y con agua

Debe ser almacenado sumergido en un liacutequido orgaacutenico (hidrocarburo) como nafta kerosene etc El metal arde fuertemente en aire con llama blanca brillante Las soluciones acuosas de Li+ imparten un color rojo carmesiacute a la llama

Litio y derivadosArbol de Litio

Ton Li 2CO

3

Uso proyectado en celulares

Yacimientos de minerales en Argentina

Pegmatitas Sierras Pampeanas San Luis CoacuterdobaSan Juan La Rioja Catamarca Salta Jujuy

Tipos de Minerales Silicatos Espodumeno LiAlSi2O6 (75 a 8 LiO2)

Petalita LiAlSi4O10

Micas Lepidolita K[LiAl]3[AlSi]4O10[FOH]2

Zinwaldita K[LiAlFe]3[AlSi]4O10[FOH]2

Fosfatos Litiofilita (MnLi)PO4

Ambligonita (LiNa)Al(FOH)PO4

Yacimientos en Argentina

Salares y Salmueras NaturalesZona de la Puna Salta Jujuy y Catamarca

Jujuy

Salta

Catamarca

Ambiente de los salares

iquestImpacto en el ambiente

La Negra ChilePlanta

en Salta

- La existencia de costras soacutelidas de sal es soacutelo una caracteriacutestica superficial que estaacute presente en algunos salares pero no es representativa de la complejidad del sistema

- Un salar tiene asociado un cuerpo subterraacuteneo de salmuera que lo alimenta y tiene diferentes lsquofaciesrsquo de sales en profundidad como cloruro de sodio (halita) cloruros y sulfatos de potasio y magnesio y otros sulfatos y carbonatos

Geologiacutea de un Salar

Produccioacuten Global de litio(en metal equivalente)

- La existencia de costras soacutelidas de sal es soacutelo una caracteriacutestica superficial que estaacute presente en algunos salares pero no es representativa de la complejidad del sistema

- Un salar tiene asociado un cuerpo subterraacuteneo de salmuera que lo alimenta y tiene diferentes lsquofaciesrsquo de sales en profundidad como cloruro de sodio (halita) cloruros y sulfatos de potasio y magnesio y otros sulfatos y carbonatos

Geologiacutea de un Salar

Aspectos de relevanciaConsumo y contaminacioacuten de agua impactos en el paisaje introduccioacuten de caminos de exploracioacuten en ecosistemas sensibles instalacioacuten de infraestructura impacto en la flora y fauna de la actividad industrial donde antes no la habiacutea generacioacuten de residuos soacutelidos y quiacutemicos

La salmuera es bombeada mediante perforaciones y luego se la expone al sol para

evaporar el liacutequido y concentrar los componentes de intereacutes La concentracioacuten de litio en las salmueras es baja y variacutea dentro de

cada salar y entre los distintos salares fluctuando entre unas pocas decenas de partes por milloacuten y poco maacutes de mil de acuerdo con

estos valores puede estimarse que por cada tonelada de litio extraiacuteda se evaporan alrededor

de dos millones de litros de agua clara evidencia de que la mineriacutea del litio en salares es

una mineriacutea del agua

iquestA quieacuten impacta

ldquoNo puede ni debe realizarse ninguacuten tipo de actividad minera sin el consentimiento libre previo e informado de las comunidades involucradasrdquo

Y nosotros que podemos hacerDesarrollo de nuevos materialesPreparacioacuten de materiales

CaracterizacioacutenEstudios Teoacutericos

Y nosotros que podemos hacerDesarrollo de nuevos materialesPreparacioacuten de materiales

CaracterizacioacutenEstudios Teoacutericos

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Page 14: Presentación de PowerPoint - famaf.unc.edu.ar · Oxido de Titanio Anodos importantes en uso Compuestos de intercalación Sn + xe-+ xLi+  Li ... Ensamble de celda y caracterización

3) Bateriacutea de ioacuten-Litio C6(Li) oacutexido metaacutelico

Grafito(Li+) solv orgaacutenico + sal de litio oacutexido de metal (Co Ni Mn)electrodo (-) electrodo (+)

REACCIONES C6-(Li+) C6 + Li+ + e- Anodo (-)

CoO2(s) + Li+ + endash LiCoO2(s) Caacutetodo (+)

Proceso Neto (descarga) C6(Li) + CoO2(s) C6 + LiCoO2(s) 36-37 V

Proceso de Recarga C6 + LiCoO2(s) C6(Li) + CoO2(s)

SistemaSellado

Aacutenodo de grafito (C6)

Orbitales deslocalizados

TecnologiacuteaSony comercializoacute la primer bateriacutea de Ion Li en 1991

En 2011 las bateriacuteas de ion-Li abarcaron el 66 de todas las bateriacuteas recargables en Japoacuten

iquestPor queacute pensar HOY en Bateriacuteas de Litio

Ambiente

1832-1930 2030

iquestPor queacute pensar HOY en Bateriacuteas de Litio

Ambientey

EnergiacuteaCO2

ldquo0rdquo emision

90 eficiencia

Enficiencia gt 40 oacute gt70

Eficiencia - 50-60

Eficiencia lt 25

CO2

etc

Bio-fuel y Petroleo Baja Eficiencia

iquestPor queacute pensar HOY en Bateriacuteas de Litio

Una bateriacutea de ion-Litio require 03 Kg de metal Li o 14 and 15 kg of Li2CO3 por kWh de capacidad de bateriacutea

Auto hiacutebrido promedio utiliza unos 5-20 kWh en bateriacuteas Esto es 15 kg of Litio o 7 kg of Li2CO3 por auto

Un auto totalmente eleacutectrico require bateriacuteas de 90 kWh Esto es 3 kg de Litio o 13 kg de Li2CO3 por auto

El precio de las bateriacuteas de ion-litio va desde 300 ndash 800 u$s kWh (comparada a 50-100 u$s kWh para la tecnologiacutea de Plomo aacutecido)

Distribucioacuten geograacutefica del Litio

Salares

Minerales

Bolivia

Chile

Argentina

Yacimientos en Bolivia ndash Chile ndash ArgentinaEn nuestros Salares aprox 80 de los recursos mundiales

Yacimientos de Salares en LatinoameacutericaldquoTriaacutengulo del Litiordquo Argentina - Bolivia - Chile

Salar de Uyuni Bolivia Salar de Atacama

Chile

Salar del Hombre Muerto Argentina

Ambiente de los salares

iquestImpacto en el ambiente

La Negra ChilePlanta

en Salta

Bateriacuteas comerciales de ioacuten-litio

Bateriacutea 18650

Bateriacuteas prismaacuteticas

ldquopackrdquo para notebook

Bateriacutea de ioacuten-litio

Bateriacutea de ioacuten-litio

Anodo Construido sobre una laacutemina de Cobre de 10-20 mm de espesor

Caacutetodo Construido sobre una laacutemina de Aluminio de 10-20 mm de espesor

Bateriacutea 18650 37 V 2100 mAh

Bateriacuteas Recargables de ioacuten Li+ en uso actual

CaacutetodoLiXCoO2

AnodoLiXC6

Solucioacuten de Electrolito Etilen-Carbonato amp Di-Metil Carbonato LiPF6 Voltaje 37 V Densidad de Energiacutea 150 WhKg

CathodeSurface films

AnodeSurface films

D Aurbach et Al Materials Today 2014

Anodos para Bateriacuteas recargables de ioacuten-Li

Li4Ti5O12 + 3Li+ + 3 e- harr Li7Ti5O12

Li1-xC6 + xLi+ + x e- harr LiC6

MX + 2eminus + 2Li+ M + Li2X

MX2 + eminus + Li+ + LiMX2

Insercioacuten

Conversioacuten

Capacidad Praacutectica 160 mAhg

LiC6

LiC12

Grafito

Oxido de Titanio

Anodos importantes en uso Compuestos de intercalacioacuten

Sn + xe- + xLi+ lt=gt LixSn x 44 gt900 mAhgSi + xe- + xLi+ lt=gt LixSi x 44 gt4000 mAhg

Problema se necesitan Nano estructuras

Capacidad Praacutectica 330 mAhg

12

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240 50 100 150 50 100 150

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Voltag

e V

vs LiL

i+

Capacity mAhg-1

0 100 200 30000

04

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100 200 30000

04

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e V

vs LiL

i+

Capacity mAhg-1

iquestY nosotros queacute podemos hacerDesarrollo de nuevos materiales

- Preparacioacuten de materiales- Caracterizacioacuten- Estudios Teoacutericos y Simulaciones

Desarrollo de nuevos materiales- Preparacioacuten de materiales- Caracterizacioacuten- Estudios Teoacutericos y Simulaciones

iquestY nosotros queacute podemos hacer

Metodologiacutea de trabajo Siacutentesis de materiales activos

Caracterizacioacuten estructural y morfoloacutegica

Ensamble de celda y caracterizacioacuten electroquiacutemica

ModeloTeoacuterico

Simulacioacuten Computacional

Anaacutelisis e Interpretacioacuten

Estudios Teoacutericos

Estudios Experimentales

Liacuteneas de trabajo en el LaES

- Desarrollo y caracterizacioacuten de materiales para aacutenodos Basados en Carbono Titanatos de litio Silicio y Estantildeo

- Desarrollo y caracterizacioacuten de materiales para caacutetodos Basados en Azufre

- Simulaciones computacionalesInsercioacuten de iones litio en grafito y titanatos de litioModelado de materiales de carbonos porosos(Dinaacutemica Molecular Teoriacutea DFT Mecaacutenica

Estadiacutestica Montecarlo)

iexclMuchas gracias

laeslabuncgmailcom

Algunos temas de trabajo- Materiales hiacutebridos basados en carbono como electrodos para bateriacuteas de Li

Dra Guillermina Luque

- Agregado de aditivos y modificacioacuten de separadores para mejorar la performance de baterias de litio-azufre Dr Germaacuten Lener Dra Andrea Calderoacuten Dra Victoria Bracamonte

- Construccioacuten y caracterizacioacuten experimental y teoacuterica de dispositivos de conversioacuten fotovoltaica basados en perovskitas de halogenuros organometaacutelicos

Dr Agustiacuten Sigal

- Trabajo experimental y teoacuterico de materiales para electrodos de bateriacuteas azufre-litio y ioacuten-litio

Dr Germaacuten Lener Dr Agustiacuten Sigal

Algunos temas de trabajo- Estudios de la insercioacuten de iones de Li en compuestos de intercalacioacuten utilizados como electrodos de celdas de ion-Li

Dr Eduardo Perassi

- Caacutelculos ab-initio y simulaciones computacionales de sistemas relacionados con bateriacuteas de Litio celdas de combustible y adsorcioacuten sobre superficies Dra Cecilia Gimenez y Dr Luis Reinaudi

- Materiales activos de electrodo basados en oacutexidos de titanio y titanatos de metales alcalinos para su aplicacioacuten como aacutenodos en bateriacuteas de ioacuten-litio

Dr Osvaldo Caacutemara y Dra Fabiana Oliva

- Partiacuteculas aislantes vs partiacuteculas conductoras Efectos de la percolacioacuten en la conduccioacuten eleacutectrica

Dr Patricio Veacutelez

Algunas estrategias de ensamble

pero no solo para

automoacutevileshellip

iquesthogares sutentables

Vectores - Oportunidades = Litio (como bateriacuteas de Litio)

bullBateriacuteas de ion-Li En 2007 se produjeron mundialmente 2500000000 de bateriacuteas de Li

Se proyecta una utilizacioacuten de 20000 t en la fabricacioacuten de bateriacuteas para vehiacuteculos eleacutectricos cuya produccioacuten estimada es de 500000 vehiacuteculos eleacutectricos en 2015 y 15 millones en 2020 Se consumen actualmente 100000 toneladas en el mercado mundial

Ameacuterica Latina concentra entre el 50 y el 80 de las reservas mundiales (Bolivia Chile Argentina)

El Litio es un material no contaminante (en todo caso antidepresivo)

Tecnologiacutea Madura

Bateriacutea de Cinc-Cobre Reacciones Reacutedox

Cu+2 + 2e rarr Cu Reduccioacuten Zn rarr Zn+2 + 2e Oxidacioacuten

Proceso netoCu+2 + Zn rarr Cu + Zn+2 11 Volts

Proceso Electroquiacutemico

Clasificacioacuten General

a)Bateriacuteas productoras de Energiacutea Bateriacuteas ldquoPrimariasrdquo

- Cinc-Carboacuten (comuacuten)- Cinc-Carboacuten Alcalinas- Tipo ldquobotoacutenrdquo (de reloj)

b) Bateriacuteas de almacenamiento de Energiacutea Bateriacuteas ldquoSecundariasrdquo o ldquoRecargablesrdquo

- Plomo-aacutecido- Niacutequel-Cadmio- Niacutequel-Metal hidruro- Litio metaacutelico (en desuso)- Ioacuten-Litio

Utiles como Vectores Energeacuteticos

Un solo uso

Quiacutemica de las Bateriacuteas mas comunes

1) ldquoPilardquo de Leclancheacute o ldquopila secardquo Cinc-carbon (Zn-C)

Zn (metal) pasta de NH4ClndashZnCl2 oacutexido de manganeso + carboacuten grafitoelectrodo (-) electrodo (+)

REACCIONES

Zn Zn2+(ac) + 2 e

ndash Anodo (-)

2 MnO2(s) + 2endash + hellip 2 MnO(OH)(s) + Caacutetodo (+)

Diferencia de Potencial Eleacutectrico

Voltaje 150 Volts

Bateriacuteas ldquoPrimariasrdquo

Aacutenodo de grafitoproceso de cargado

Colector de corriente

Grafeno

Nube de electrones

Bateriacutea de ion-litio

Anodo Construido sobre una laacutemina de Cobre de 10-20 mm de espesor

Caacutetodo Construido sobre una laacutemina de Aluminio de 10-20 mm de espesor

Bateriacutea 18650 37 V 2100 mAh

bullBateriacuteas de ion-Li En 2007 se produjeron mundialmente 2500000000 de bateriacuteas de Li

Se proyecta una utilizacioacuten de 20000 t de Litio en la fabricacioacuten de bateriacuteas para vehiacuteculos eleacutectricos cuya produccioacuten estimada es de 500000 vehiacuteculos eleacutectricos en 2015 y 15 millones en 2020 Se consumen actualmente 100000 toneladas en el mercado mundial

Ameacuterica Latina concentra entre el 50 y el 70 de las reservas mundiales (Bolivia Chile Argentina)

El Li es un material no contaminante(en todo caso antidepresivo)

Tecnologiacutea Madura

Datos Interesantes

Energiacuteas especiacuteficas

Minerales conteniendo Litio

54

Ocurrencia Li en la corteza terrestre 0006 (entre los 27 mas abundantes) Se conocen mas de 150 minerales portadores de Li

Yacimientos Minerales de Pegmatitas Presente en magmas de baja viscosidad Pegmatitas de estructura zonada Se encuentra junto a Casiterita Berilo Apatita Columbita Granate Turmalina Feldespato Cuarzo Micas y otros

Salmueras Naturales Lagos salinos y salares Yacimientos de evaporacioacuten (minerales evaporiacuteticos) Alta solubilidad del Cloruro de Li Zonas aacuteridas

Imagen Nombre Foacutermula de Li2O

Espodumeno Li2O Al2O34SiO2

(PF 37620)804

(37 Li)

Lepidolita Li2AlSi4O10(FOH)(PF 37334)

3 ndash 6(37 Li)

Zinnwaldita KLiFeAl2Si3O10(OHF)(PF 42011)

2 ndash 4(17 Li)

Ambligonita Li Al(FOH)PO4

(PF 14587)101

(48 Li)

Tipos de Minerales

- Explotacioacuten extraccioacuten de aguas subterraacuteneas salinas- Procesamiento - Bombeo de salmueras (conteniendo 300 - 1500 ppm Li+) - Evaporacioacuten y Concentracioacuten de Litio (aprox factor gt10) - Purificacioacuten de salmueras Agregado de Ca(OH)2

separacioacuten de Mg(OH)2 boacuterax sulfatos

- Adicioacuten de Na2CO3 obtencioacuten de Li2CO3

Recuperacioacuten de aprox 90 de Li de la salmuera inicialSubproductos KCl CaSO4 2H2O(yeso) Mg(OH)2 Boacuterax

Obtencioacuten de Litio desde los Salares

Li2CO3

Reservas de Litio a nivel global

Reservas desde salares

Ameacuterica del sur guarda el 75 de las reservas de Litio mundiales

iquestFuturo de las bateriacuteas de Ion-LibullBateriacuteas de litio-aire

iquestFuturo de las bateriacuteas de Ion-LibullBateriacuteas de litio-aire

Algunas conclusiones El almacenamiento de energiacutea hoy juega un rol determinante para reemplazar el petroacuteleo con energiacuteas alternativas

El desarrollo del aacutenodo de grafito significoacute un profundo salto en el desarrollo de las bateriacuteas de litio

Por su versatilidad la bateriacutea de ioacuten-litio puede satisfacer necesidades de requerimientos muy variados

Hoy es posible desarrollar e investigar bateriacuteas de ion-Li en la Argentina

Particularmente en nuestra universidad se estaacute investigando en el disentildeo estudio y preparacioacuten de materiales alternativos para electrodos de estas bateriacuteas

Litio

66

Siacutembolo quiacutemico LiNuacutemero Atoacutemico (Z) 3Elemento perteneciente al Grupo I Metales Alcalinos (1s2 2s1)Peso Atoacutemico 6941 umaEs el elemento metaacutelico maacutes liviano que existe a temperatura ambiente Soacutelido a temperatura ambienteIsoacutetopos 6 Li Abundancia 742 No Radioactivo

7 Li Abundancia 9258 No Radioactivo 5 Li 8 Li 9Li Isoacutetopos artificiales

Estado de Oxidacioacuten 1+ (catioacuten Li+)Radio atoacutemico 0152 nm (metal)Radio ioacutenico (Li+) 0060 nm

Caracteriacuteticas

67

Metal blanco lustre plateado y dureza de 06 (maacutes blando que el plomo) Densidad alrededor de la mitad del aguaEs altamente reactivo y se asemeja al sodio en su comportamiento quiacutemico El Cloruro de Litio es muy soluble en agua Los Carbonatos Fluoruros y Fosfatos de litio son muy poco solubles en agua Reacciona muy raacutepidamente con el aire (O2 y N2) y con agua

Debe ser almacenado sumergido en un liacutequido orgaacutenico (hidrocarburo) como nafta kerosene etc El metal arde fuertemente en aire con llama blanca brillante Las soluciones acuosas de Li+ imparten un color rojo carmesiacute a la llama

Litio y derivadosArbol de Litio

Ton Li 2CO

3

Uso proyectado en celulares

Yacimientos de minerales en Argentina

Pegmatitas Sierras Pampeanas San Luis CoacuterdobaSan Juan La Rioja Catamarca Salta Jujuy

Tipos de Minerales Silicatos Espodumeno LiAlSi2O6 (75 a 8 LiO2)

Petalita LiAlSi4O10

Micas Lepidolita K[LiAl]3[AlSi]4O10[FOH]2

Zinwaldita K[LiAlFe]3[AlSi]4O10[FOH]2

Fosfatos Litiofilita (MnLi)PO4

Ambligonita (LiNa)Al(FOH)PO4

Yacimientos en Argentina

Salares y Salmueras NaturalesZona de la Puna Salta Jujuy y Catamarca

Jujuy

Salta

Catamarca

Ambiente de los salares

iquestImpacto en el ambiente

La Negra ChilePlanta

en Salta

- La existencia de costras soacutelidas de sal es soacutelo una caracteriacutestica superficial que estaacute presente en algunos salares pero no es representativa de la complejidad del sistema

- Un salar tiene asociado un cuerpo subterraacuteneo de salmuera que lo alimenta y tiene diferentes lsquofaciesrsquo de sales en profundidad como cloruro de sodio (halita) cloruros y sulfatos de potasio y magnesio y otros sulfatos y carbonatos

Geologiacutea de un Salar

Produccioacuten Global de litio(en metal equivalente)

- La existencia de costras soacutelidas de sal es soacutelo una caracteriacutestica superficial que estaacute presente en algunos salares pero no es representativa de la complejidad del sistema

- Un salar tiene asociado un cuerpo subterraacuteneo de salmuera que lo alimenta y tiene diferentes lsquofaciesrsquo de sales en profundidad como cloruro de sodio (halita) cloruros y sulfatos de potasio y magnesio y otros sulfatos y carbonatos

Geologiacutea de un Salar

Aspectos de relevanciaConsumo y contaminacioacuten de agua impactos en el paisaje introduccioacuten de caminos de exploracioacuten en ecosistemas sensibles instalacioacuten de infraestructura impacto en la flora y fauna de la actividad industrial donde antes no la habiacutea generacioacuten de residuos soacutelidos y quiacutemicos

La salmuera es bombeada mediante perforaciones y luego se la expone al sol para

evaporar el liacutequido y concentrar los componentes de intereacutes La concentracioacuten de litio en las salmueras es baja y variacutea dentro de

cada salar y entre los distintos salares fluctuando entre unas pocas decenas de partes por milloacuten y poco maacutes de mil de acuerdo con

estos valores puede estimarse que por cada tonelada de litio extraiacuteda se evaporan alrededor

de dos millones de litros de agua clara evidencia de que la mineriacutea del litio en salares es

una mineriacutea del agua

iquestA quieacuten impacta

ldquoNo puede ni debe realizarse ninguacuten tipo de actividad minera sin el consentimiento libre previo e informado de las comunidades involucradasrdquo

Y nosotros que podemos hacerDesarrollo de nuevos materialesPreparacioacuten de materiales

CaracterizacioacutenEstudios Teoacutericos

Y nosotros que podemos hacerDesarrollo de nuevos materialesPreparacioacuten de materiales

CaracterizacioacutenEstudios Teoacutericos

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Aacutenodo de grafito (C6)

Orbitales deslocalizados

TecnologiacuteaSony comercializoacute la primer bateriacutea de Ion Li en 1991

En 2011 las bateriacuteas de ion-Li abarcaron el 66 de todas las bateriacuteas recargables en Japoacuten

iquestPor queacute pensar HOY en Bateriacuteas de Litio

Ambiente

1832-1930 2030

iquestPor queacute pensar HOY en Bateriacuteas de Litio

Ambientey

EnergiacuteaCO2

ldquo0rdquo emision

90 eficiencia

Enficiencia gt 40 oacute gt70

Eficiencia - 50-60

Eficiencia lt 25

CO2

etc

Bio-fuel y Petroleo Baja Eficiencia

iquestPor queacute pensar HOY en Bateriacuteas de Litio

Una bateriacutea de ion-Litio require 03 Kg de metal Li o 14 and 15 kg of Li2CO3 por kWh de capacidad de bateriacutea

Auto hiacutebrido promedio utiliza unos 5-20 kWh en bateriacuteas Esto es 15 kg of Litio o 7 kg of Li2CO3 por auto

Un auto totalmente eleacutectrico require bateriacuteas de 90 kWh Esto es 3 kg de Litio o 13 kg de Li2CO3 por auto

El precio de las bateriacuteas de ion-litio va desde 300 ndash 800 u$s kWh (comparada a 50-100 u$s kWh para la tecnologiacutea de Plomo aacutecido)

Distribucioacuten geograacutefica del Litio

Salares

Minerales

Bolivia

Chile

Argentina

Yacimientos en Bolivia ndash Chile ndash ArgentinaEn nuestros Salares aprox 80 de los recursos mundiales

Yacimientos de Salares en LatinoameacutericaldquoTriaacutengulo del Litiordquo Argentina - Bolivia - Chile

Salar de Uyuni Bolivia Salar de Atacama

Chile

Salar del Hombre Muerto Argentina

Ambiente de los salares

iquestImpacto en el ambiente

La Negra ChilePlanta

en Salta

Bateriacuteas comerciales de ioacuten-litio

Bateriacutea 18650

Bateriacuteas prismaacuteticas

ldquopackrdquo para notebook

Bateriacutea de ioacuten-litio

Bateriacutea de ioacuten-litio

Anodo Construido sobre una laacutemina de Cobre de 10-20 mm de espesor

Caacutetodo Construido sobre una laacutemina de Aluminio de 10-20 mm de espesor

Bateriacutea 18650 37 V 2100 mAh

Bateriacuteas Recargables de ioacuten Li+ en uso actual

CaacutetodoLiXCoO2

AnodoLiXC6

Solucioacuten de Electrolito Etilen-Carbonato amp Di-Metil Carbonato LiPF6 Voltaje 37 V Densidad de Energiacutea 150 WhKg

CathodeSurface films

AnodeSurface films

D Aurbach et Al Materials Today 2014

Anodos para Bateriacuteas recargables de ioacuten-Li

Li4Ti5O12 + 3Li+ + 3 e- harr Li7Ti5O12

Li1-xC6 + xLi+ + x e- harr LiC6

MX + 2eminus + 2Li+ M + Li2X

MX2 + eminus + Li+ + LiMX2

Insercioacuten

Conversioacuten

Capacidad Praacutectica 160 mAhg

LiC6

LiC12

Grafito

Oxido de Titanio

Anodos importantes en uso Compuestos de intercalacioacuten

Sn + xe- + xLi+ lt=gt LixSn x 44 gt900 mAhgSi + xe- + xLi+ lt=gt LixSi x 44 gt4000 mAhg

Problema se necesitan Nano estructuras

Capacidad Praacutectica 330 mAhg

12

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240 50 100 150 50 100 150

12

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Voltag

e V

vs LiL

i+

Capacity mAhg-1

0 100 200 30000

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100 200 30000

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Voltag

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- Preparacioacuten de materiales- Caracterizacioacuten- Estudios Teoacutericos y Simulaciones

Desarrollo de nuevos materiales- Preparacioacuten de materiales- Caracterizacioacuten- Estudios Teoacutericos y Simulaciones

iquestY nosotros queacute podemos hacer

Metodologiacutea de trabajo Siacutentesis de materiales activos

Caracterizacioacuten estructural y morfoloacutegica

Ensamble de celda y caracterizacioacuten electroquiacutemica

ModeloTeoacuterico

Simulacioacuten Computacional

Anaacutelisis e Interpretacioacuten

Estudios Teoacutericos

Estudios Experimentales

Liacuteneas de trabajo en el LaES

- Desarrollo y caracterizacioacuten de materiales para aacutenodos Basados en Carbono Titanatos de litio Silicio y Estantildeo

- Desarrollo y caracterizacioacuten de materiales para caacutetodos Basados en Azufre

- Simulaciones computacionalesInsercioacuten de iones litio en grafito y titanatos de litioModelado de materiales de carbonos porosos(Dinaacutemica Molecular Teoriacutea DFT Mecaacutenica

Estadiacutestica Montecarlo)

iexclMuchas gracias

laeslabuncgmailcom

Algunos temas de trabajo- Materiales hiacutebridos basados en carbono como electrodos para bateriacuteas de Li

Dra Guillermina Luque

- Agregado de aditivos y modificacioacuten de separadores para mejorar la performance de baterias de litio-azufre Dr Germaacuten Lener Dra Andrea Calderoacuten Dra Victoria Bracamonte

- Construccioacuten y caracterizacioacuten experimental y teoacuterica de dispositivos de conversioacuten fotovoltaica basados en perovskitas de halogenuros organometaacutelicos

Dr Agustiacuten Sigal

- Trabajo experimental y teoacuterico de materiales para electrodos de bateriacuteas azufre-litio y ioacuten-litio

Dr Germaacuten Lener Dr Agustiacuten Sigal

Algunos temas de trabajo- Estudios de la insercioacuten de iones de Li en compuestos de intercalacioacuten utilizados como electrodos de celdas de ion-Li

Dr Eduardo Perassi

- Caacutelculos ab-initio y simulaciones computacionales de sistemas relacionados con bateriacuteas de Litio celdas de combustible y adsorcioacuten sobre superficies Dra Cecilia Gimenez y Dr Luis Reinaudi

- Materiales activos de electrodo basados en oacutexidos de titanio y titanatos de metales alcalinos para su aplicacioacuten como aacutenodos en bateriacuteas de ioacuten-litio

Dr Osvaldo Caacutemara y Dra Fabiana Oliva

- Partiacuteculas aislantes vs partiacuteculas conductoras Efectos de la percolacioacuten en la conduccioacuten eleacutectrica

Dr Patricio Veacutelez

Algunas estrategias de ensamble

pero no solo para

automoacutevileshellip

iquesthogares sutentables

Vectores - Oportunidades = Litio (como bateriacuteas de Litio)

bullBateriacuteas de ion-Li En 2007 se produjeron mundialmente 2500000000 de bateriacuteas de Li

Se proyecta una utilizacioacuten de 20000 t en la fabricacioacuten de bateriacuteas para vehiacuteculos eleacutectricos cuya produccioacuten estimada es de 500000 vehiacuteculos eleacutectricos en 2015 y 15 millones en 2020 Se consumen actualmente 100000 toneladas en el mercado mundial

Ameacuterica Latina concentra entre el 50 y el 80 de las reservas mundiales (Bolivia Chile Argentina)

El Litio es un material no contaminante (en todo caso antidepresivo)

Tecnologiacutea Madura

Bateriacutea de Cinc-Cobre Reacciones Reacutedox

Cu+2 + 2e rarr Cu Reduccioacuten Zn rarr Zn+2 + 2e Oxidacioacuten

Proceso netoCu+2 + Zn rarr Cu + Zn+2 11 Volts

Proceso Electroquiacutemico

Clasificacioacuten General

a)Bateriacuteas productoras de Energiacutea Bateriacuteas ldquoPrimariasrdquo

- Cinc-Carboacuten (comuacuten)- Cinc-Carboacuten Alcalinas- Tipo ldquobotoacutenrdquo (de reloj)

b) Bateriacuteas de almacenamiento de Energiacutea Bateriacuteas ldquoSecundariasrdquo o ldquoRecargablesrdquo

- Plomo-aacutecido- Niacutequel-Cadmio- Niacutequel-Metal hidruro- Litio metaacutelico (en desuso)- Ioacuten-Litio

Utiles como Vectores Energeacuteticos

Un solo uso

Quiacutemica de las Bateriacuteas mas comunes

1) ldquoPilardquo de Leclancheacute o ldquopila secardquo Cinc-carbon (Zn-C)

Zn (metal) pasta de NH4ClndashZnCl2 oacutexido de manganeso + carboacuten grafitoelectrodo (-) electrodo (+)

REACCIONES

Zn Zn2+(ac) + 2 e

ndash Anodo (-)

2 MnO2(s) + 2endash + hellip 2 MnO(OH)(s) + Caacutetodo (+)

Diferencia de Potencial Eleacutectrico

Voltaje 150 Volts

Bateriacuteas ldquoPrimariasrdquo

Aacutenodo de grafitoproceso de cargado

Colector de corriente

Grafeno

Nube de electrones

Bateriacutea de ion-litio

Anodo Construido sobre una laacutemina de Cobre de 10-20 mm de espesor

Caacutetodo Construido sobre una laacutemina de Aluminio de 10-20 mm de espesor

Bateriacutea 18650 37 V 2100 mAh

bullBateriacuteas de ion-Li En 2007 se produjeron mundialmente 2500000000 de bateriacuteas de Li

Se proyecta una utilizacioacuten de 20000 t de Litio en la fabricacioacuten de bateriacuteas para vehiacuteculos eleacutectricos cuya produccioacuten estimada es de 500000 vehiacuteculos eleacutectricos en 2015 y 15 millones en 2020 Se consumen actualmente 100000 toneladas en el mercado mundial

Ameacuterica Latina concentra entre el 50 y el 70 de las reservas mundiales (Bolivia Chile Argentina)

El Li es un material no contaminante(en todo caso antidepresivo)

Tecnologiacutea Madura

Datos Interesantes

Energiacuteas especiacuteficas

Minerales conteniendo Litio

54

Ocurrencia Li en la corteza terrestre 0006 (entre los 27 mas abundantes) Se conocen mas de 150 minerales portadores de Li

Yacimientos Minerales de Pegmatitas Presente en magmas de baja viscosidad Pegmatitas de estructura zonada Se encuentra junto a Casiterita Berilo Apatita Columbita Granate Turmalina Feldespato Cuarzo Micas y otros

Salmueras Naturales Lagos salinos y salares Yacimientos de evaporacioacuten (minerales evaporiacuteticos) Alta solubilidad del Cloruro de Li Zonas aacuteridas

Imagen Nombre Foacutermula de Li2O

Espodumeno Li2O Al2O34SiO2

(PF 37620)804

(37 Li)

Lepidolita Li2AlSi4O10(FOH)(PF 37334)

3 ndash 6(37 Li)

Zinnwaldita KLiFeAl2Si3O10(OHF)(PF 42011)

2 ndash 4(17 Li)

Ambligonita Li Al(FOH)PO4

(PF 14587)101

(48 Li)

Tipos de Minerales

- Explotacioacuten extraccioacuten de aguas subterraacuteneas salinas- Procesamiento - Bombeo de salmueras (conteniendo 300 - 1500 ppm Li+) - Evaporacioacuten y Concentracioacuten de Litio (aprox factor gt10) - Purificacioacuten de salmueras Agregado de Ca(OH)2

separacioacuten de Mg(OH)2 boacuterax sulfatos

- Adicioacuten de Na2CO3 obtencioacuten de Li2CO3

Recuperacioacuten de aprox 90 de Li de la salmuera inicialSubproductos KCl CaSO4 2H2O(yeso) Mg(OH)2 Boacuterax

Obtencioacuten de Litio desde los Salares

Li2CO3

Reservas de Litio a nivel global

Reservas desde salares

Ameacuterica del sur guarda el 75 de las reservas de Litio mundiales

iquestFuturo de las bateriacuteas de Ion-LibullBateriacuteas de litio-aire

iquestFuturo de las bateriacuteas de Ion-LibullBateriacuteas de litio-aire

Algunas conclusiones El almacenamiento de energiacutea hoy juega un rol determinante para reemplazar el petroacuteleo con energiacuteas alternativas

El desarrollo del aacutenodo de grafito significoacute un profundo salto en el desarrollo de las bateriacuteas de litio

Por su versatilidad la bateriacutea de ioacuten-litio puede satisfacer necesidades de requerimientos muy variados

Hoy es posible desarrollar e investigar bateriacuteas de ion-Li en la Argentina

Particularmente en nuestra universidad se estaacute investigando en el disentildeo estudio y preparacioacuten de materiales alternativos para electrodos de estas bateriacuteas

Litio

66

Siacutembolo quiacutemico LiNuacutemero Atoacutemico (Z) 3Elemento perteneciente al Grupo I Metales Alcalinos (1s2 2s1)Peso Atoacutemico 6941 umaEs el elemento metaacutelico maacutes liviano que existe a temperatura ambiente Soacutelido a temperatura ambienteIsoacutetopos 6 Li Abundancia 742 No Radioactivo

7 Li Abundancia 9258 No Radioactivo 5 Li 8 Li 9Li Isoacutetopos artificiales

Estado de Oxidacioacuten 1+ (catioacuten Li+)Radio atoacutemico 0152 nm (metal)Radio ioacutenico (Li+) 0060 nm

Caracteriacuteticas

67

Metal blanco lustre plateado y dureza de 06 (maacutes blando que el plomo) Densidad alrededor de la mitad del aguaEs altamente reactivo y se asemeja al sodio en su comportamiento quiacutemico El Cloruro de Litio es muy soluble en agua Los Carbonatos Fluoruros y Fosfatos de litio son muy poco solubles en agua Reacciona muy raacutepidamente con el aire (O2 y N2) y con agua

Debe ser almacenado sumergido en un liacutequido orgaacutenico (hidrocarburo) como nafta kerosene etc El metal arde fuertemente en aire con llama blanca brillante Las soluciones acuosas de Li+ imparten un color rojo carmesiacute a la llama

Litio y derivadosArbol de Litio

Ton Li 2CO

3

Uso proyectado en celulares

Yacimientos de minerales en Argentina

Pegmatitas Sierras Pampeanas San Luis CoacuterdobaSan Juan La Rioja Catamarca Salta Jujuy

Tipos de Minerales Silicatos Espodumeno LiAlSi2O6 (75 a 8 LiO2)

Petalita LiAlSi4O10

Micas Lepidolita K[LiAl]3[AlSi]4O10[FOH]2

Zinwaldita K[LiAlFe]3[AlSi]4O10[FOH]2

Fosfatos Litiofilita (MnLi)PO4

Ambligonita (LiNa)Al(FOH)PO4

Yacimientos en Argentina

Salares y Salmueras NaturalesZona de la Puna Salta Jujuy y Catamarca

Jujuy

Salta

Catamarca

Ambiente de los salares

iquestImpacto en el ambiente

La Negra ChilePlanta

en Salta

- La existencia de costras soacutelidas de sal es soacutelo una caracteriacutestica superficial que estaacute presente en algunos salares pero no es representativa de la complejidad del sistema

- Un salar tiene asociado un cuerpo subterraacuteneo de salmuera que lo alimenta y tiene diferentes lsquofaciesrsquo de sales en profundidad como cloruro de sodio (halita) cloruros y sulfatos de potasio y magnesio y otros sulfatos y carbonatos

Geologiacutea de un Salar

Produccioacuten Global de litio(en metal equivalente)

- La existencia de costras soacutelidas de sal es soacutelo una caracteriacutestica superficial que estaacute presente en algunos salares pero no es representativa de la complejidad del sistema

- Un salar tiene asociado un cuerpo subterraacuteneo de salmuera que lo alimenta y tiene diferentes lsquofaciesrsquo de sales en profundidad como cloruro de sodio (halita) cloruros y sulfatos de potasio y magnesio y otros sulfatos y carbonatos

Geologiacutea de un Salar

Aspectos de relevanciaConsumo y contaminacioacuten de agua impactos en el paisaje introduccioacuten de caminos de exploracioacuten en ecosistemas sensibles instalacioacuten de infraestructura impacto en la flora y fauna de la actividad industrial donde antes no la habiacutea generacioacuten de residuos soacutelidos y quiacutemicos

La salmuera es bombeada mediante perforaciones y luego se la expone al sol para

evaporar el liacutequido y concentrar los componentes de intereacutes La concentracioacuten de litio en las salmueras es baja y variacutea dentro de

cada salar y entre los distintos salares fluctuando entre unas pocas decenas de partes por milloacuten y poco maacutes de mil de acuerdo con

estos valores puede estimarse que por cada tonelada de litio extraiacuteda se evaporan alrededor

de dos millones de litros de agua clara evidencia de que la mineriacutea del litio en salares es

una mineriacutea del agua

iquestA quieacuten impacta

ldquoNo puede ni debe realizarse ninguacuten tipo de actividad minera sin el consentimiento libre previo e informado de las comunidades involucradasrdquo

Y nosotros que podemos hacerDesarrollo de nuevos materialesPreparacioacuten de materiales

CaracterizacioacutenEstudios Teoacutericos

Y nosotros que podemos hacerDesarrollo de nuevos materialesPreparacioacuten de materiales

CaracterizacioacutenEstudios Teoacutericos

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Page 16: Presentación de PowerPoint - famaf.unc.edu.ar · Oxido de Titanio Anodos importantes en uso Compuestos de intercalación Sn + xe-+ xLi+  Li ... Ensamble de celda y caracterización

TecnologiacuteaSony comercializoacute la primer bateriacutea de Ion Li en 1991

En 2011 las bateriacuteas de ion-Li abarcaron el 66 de todas las bateriacuteas recargables en Japoacuten

iquestPor queacute pensar HOY en Bateriacuteas de Litio

Ambiente

1832-1930 2030

iquestPor queacute pensar HOY en Bateriacuteas de Litio

Ambientey

EnergiacuteaCO2

ldquo0rdquo emision

90 eficiencia

Enficiencia gt 40 oacute gt70

Eficiencia - 50-60

Eficiencia lt 25

CO2

etc

Bio-fuel y Petroleo Baja Eficiencia

iquestPor queacute pensar HOY en Bateriacuteas de Litio

Una bateriacutea de ion-Litio require 03 Kg de metal Li o 14 and 15 kg of Li2CO3 por kWh de capacidad de bateriacutea

Auto hiacutebrido promedio utiliza unos 5-20 kWh en bateriacuteas Esto es 15 kg of Litio o 7 kg of Li2CO3 por auto

Un auto totalmente eleacutectrico require bateriacuteas de 90 kWh Esto es 3 kg de Litio o 13 kg de Li2CO3 por auto

El precio de las bateriacuteas de ion-litio va desde 300 ndash 800 u$s kWh (comparada a 50-100 u$s kWh para la tecnologiacutea de Plomo aacutecido)

Distribucioacuten geograacutefica del Litio

Salares

Minerales

Bolivia

Chile

Argentina

Yacimientos en Bolivia ndash Chile ndash ArgentinaEn nuestros Salares aprox 80 de los recursos mundiales

Yacimientos de Salares en LatinoameacutericaldquoTriaacutengulo del Litiordquo Argentina - Bolivia - Chile

Salar de Uyuni Bolivia Salar de Atacama

Chile

Salar del Hombre Muerto Argentina

Ambiente de los salares

iquestImpacto en el ambiente

La Negra ChilePlanta

en Salta

Bateriacuteas comerciales de ioacuten-litio

Bateriacutea 18650

Bateriacuteas prismaacuteticas

ldquopackrdquo para notebook

Bateriacutea de ioacuten-litio

Bateriacutea de ioacuten-litio

Anodo Construido sobre una laacutemina de Cobre de 10-20 mm de espesor

Caacutetodo Construido sobre una laacutemina de Aluminio de 10-20 mm de espesor

Bateriacutea 18650 37 V 2100 mAh

Bateriacuteas Recargables de ioacuten Li+ en uso actual

CaacutetodoLiXCoO2

AnodoLiXC6

Solucioacuten de Electrolito Etilen-Carbonato amp Di-Metil Carbonato LiPF6 Voltaje 37 V Densidad de Energiacutea 150 WhKg

CathodeSurface films

AnodeSurface films

D Aurbach et Al Materials Today 2014

Anodos para Bateriacuteas recargables de ioacuten-Li

Li4Ti5O12 + 3Li+ + 3 e- harr Li7Ti5O12

Li1-xC6 + xLi+ + x e- harr LiC6

MX + 2eminus + 2Li+ M + Li2X

MX2 + eminus + Li+ + LiMX2

Insercioacuten

Conversioacuten

Capacidad Praacutectica 160 mAhg

LiC6

LiC12

Grafito

Oxido de Titanio

Anodos importantes en uso Compuestos de intercalacioacuten

Sn + xe- + xLi+ lt=gt LixSn x 44 gt900 mAhgSi + xe- + xLi+ lt=gt LixSi x 44 gt4000 mAhg

Problema se necesitan Nano estructuras

Capacidad Praacutectica 330 mAhg

12

16

20

240 50 100 150 50 100 150

12

16

20

24

Voltag

e V

vs LiL

i+

Capacity mAhg-1

0 100 200 30000

04

08

12

100 200 30000

04

08

12

Voltag

e V

vs LiL

i+

Capacity mAhg-1

iquestY nosotros queacute podemos hacerDesarrollo de nuevos materiales

- Preparacioacuten de materiales- Caracterizacioacuten- Estudios Teoacutericos y Simulaciones

Desarrollo de nuevos materiales- Preparacioacuten de materiales- Caracterizacioacuten- Estudios Teoacutericos y Simulaciones

iquestY nosotros queacute podemos hacer

Metodologiacutea de trabajo Siacutentesis de materiales activos

Caracterizacioacuten estructural y morfoloacutegica

Ensamble de celda y caracterizacioacuten electroquiacutemica

ModeloTeoacuterico

Simulacioacuten Computacional

Anaacutelisis e Interpretacioacuten

Estudios Teoacutericos

Estudios Experimentales

Liacuteneas de trabajo en el LaES

- Desarrollo y caracterizacioacuten de materiales para aacutenodos Basados en Carbono Titanatos de litio Silicio y Estantildeo

- Desarrollo y caracterizacioacuten de materiales para caacutetodos Basados en Azufre

- Simulaciones computacionalesInsercioacuten de iones litio en grafito y titanatos de litioModelado de materiales de carbonos porosos(Dinaacutemica Molecular Teoriacutea DFT Mecaacutenica

Estadiacutestica Montecarlo)

iexclMuchas gracias

laeslabuncgmailcom

Algunos temas de trabajo- Materiales hiacutebridos basados en carbono como electrodos para bateriacuteas de Li

Dra Guillermina Luque

- Agregado de aditivos y modificacioacuten de separadores para mejorar la performance de baterias de litio-azufre Dr Germaacuten Lener Dra Andrea Calderoacuten Dra Victoria Bracamonte

- Construccioacuten y caracterizacioacuten experimental y teoacuterica de dispositivos de conversioacuten fotovoltaica basados en perovskitas de halogenuros organometaacutelicos

Dr Agustiacuten Sigal

- Trabajo experimental y teoacuterico de materiales para electrodos de bateriacuteas azufre-litio y ioacuten-litio

Dr Germaacuten Lener Dr Agustiacuten Sigal

Algunos temas de trabajo- Estudios de la insercioacuten de iones de Li en compuestos de intercalacioacuten utilizados como electrodos de celdas de ion-Li

Dr Eduardo Perassi

- Caacutelculos ab-initio y simulaciones computacionales de sistemas relacionados con bateriacuteas de Litio celdas de combustible y adsorcioacuten sobre superficies Dra Cecilia Gimenez y Dr Luis Reinaudi

- Materiales activos de electrodo basados en oacutexidos de titanio y titanatos de metales alcalinos para su aplicacioacuten como aacutenodos en bateriacuteas de ioacuten-litio

Dr Osvaldo Caacutemara y Dra Fabiana Oliva

- Partiacuteculas aislantes vs partiacuteculas conductoras Efectos de la percolacioacuten en la conduccioacuten eleacutectrica

Dr Patricio Veacutelez

Algunas estrategias de ensamble

pero no solo para

automoacutevileshellip

iquesthogares sutentables

Vectores - Oportunidades = Litio (como bateriacuteas de Litio)

bullBateriacuteas de ion-Li En 2007 se produjeron mundialmente 2500000000 de bateriacuteas de Li

Se proyecta una utilizacioacuten de 20000 t en la fabricacioacuten de bateriacuteas para vehiacuteculos eleacutectricos cuya produccioacuten estimada es de 500000 vehiacuteculos eleacutectricos en 2015 y 15 millones en 2020 Se consumen actualmente 100000 toneladas en el mercado mundial

Ameacuterica Latina concentra entre el 50 y el 80 de las reservas mundiales (Bolivia Chile Argentina)

El Litio es un material no contaminante (en todo caso antidepresivo)

Tecnologiacutea Madura

Bateriacutea de Cinc-Cobre Reacciones Reacutedox

Cu+2 + 2e rarr Cu Reduccioacuten Zn rarr Zn+2 + 2e Oxidacioacuten

Proceso netoCu+2 + Zn rarr Cu + Zn+2 11 Volts

Proceso Electroquiacutemico

Clasificacioacuten General

a)Bateriacuteas productoras de Energiacutea Bateriacuteas ldquoPrimariasrdquo

- Cinc-Carboacuten (comuacuten)- Cinc-Carboacuten Alcalinas- Tipo ldquobotoacutenrdquo (de reloj)

b) Bateriacuteas de almacenamiento de Energiacutea Bateriacuteas ldquoSecundariasrdquo o ldquoRecargablesrdquo

- Plomo-aacutecido- Niacutequel-Cadmio- Niacutequel-Metal hidruro- Litio metaacutelico (en desuso)- Ioacuten-Litio

Utiles como Vectores Energeacuteticos

Un solo uso

Quiacutemica de las Bateriacuteas mas comunes

1) ldquoPilardquo de Leclancheacute o ldquopila secardquo Cinc-carbon (Zn-C)

Zn (metal) pasta de NH4ClndashZnCl2 oacutexido de manganeso + carboacuten grafitoelectrodo (-) electrodo (+)

REACCIONES

Zn Zn2+(ac) + 2 e

ndash Anodo (-)

2 MnO2(s) + 2endash + hellip 2 MnO(OH)(s) + Caacutetodo (+)

Diferencia de Potencial Eleacutectrico

Voltaje 150 Volts

Bateriacuteas ldquoPrimariasrdquo

Aacutenodo de grafitoproceso de cargado

Colector de corriente

Grafeno

Nube de electrones

Bateriacutea de ion-litio

Anodo Construido sobre una laacutemina de Cobre de 10-20 mm de espesor

Caacutetodo Construido sobre una laacutemina de Aluminio de 10-20 mm de espesor

Bateriacutea 18650 37 V 2100 mAh

bullBateriacuteas de ion-Li En 2007 se produjeron mundialmente 2500000000 de bateriacuteas de Li

Se proyecta una utilizacioacuten de 20000 t de Litio en la fabricacioacuten de bateriacuteas para vehiacuteculos eleacutectricos cuya produccioacuten estimada es de 500000 vehiacuteculos eleacutectricos en 2015 y 15 millones en 2020 Se consumen actualmente 100000 toneladas en el mercado mundial

Ameacuterica Latina concentra entre el 50 y el 70 de las reservas mundiales (Bolivia Chile Argentina)

El Li es un material no contaminante(en todo caso antidepresivo)

Tecnologiacutea Madura

Datos Interesantes

Energiacuteas especiacuteficas

Minerales conteniendo Litio

54

Ocurrencia Li en la corteza terrestre 0006 (entre los 27 mas abundantes) Se conocen mas de 150 minerales portadores de Li

Yacimientos Minerales de Pegmatitas Presente en magmas de baja viscosidad Pegmatitas de estructura zonada Se encuentra junto a Casiterita Berilo Apatita Columbita Granate Turmalina Feldespato Cuarzo Micas y otros

Salmueras Naturales Lagos salinos y salares Yacimientos de evaporacioacuten (minerales evaporiacuteticos) Alta solubilidad del Cloruro de Li Zonas aacuteridas

Imagen Nombre Foacutermula de Li2O

Espodumeno Li2O Al2O34SiO2

(PF 37620)804

(37 Li)

Lepidolita Li2AlSi4O10(FOH)(PF 37334)

3 ndash 6(37 Li)

Zinnwaldita KLiFeAl2Si3O10(OHF)(PF 42011)

2 ndash 4(17 Li)

Ambligonita Li Al(FOH)PO4

(PF 14587)101

(48 Li)

Tipos de Minerales

- Explotacioacuten extraccioacuten de aguas subterraacuteneas salinas- Procesamiento - Bombeo de salmueras (conteniendo 300 - 1500 ppm Li+) - Evaporacioacuten y Concentracioacuten de Litio (aprox factor gt10) - Purificacioacuten de salmueras Agregado de Ca(OH)2

separacioacuten de Mg(OH)2 boacuterax sulfatos

- Adicioacuten de Na2CO3 obtencioacuten de Li2CO3

Recuperacioacuten de aprox 90 de Li de la salmuera inicialSubproductos KCl CaSO4 2H2O(yeso) Mg(OH)2 Boacuterax

Obtencioacuten de Litio desde los Salares

Li2CO3

Reservas de Litio a nivel global

Reservas desde salares

Ameacuterica del sur guarda el 75 de las reservas de Litio mundiales

iquestFuturo de las bateriacuteas de Ion-LibullBateriacuteas de litio-aire

iquestFuturo de las bateriacuteas de Ion-LibullBateriacuteas de litio-aire

Algunas conclusiones El almacenamiento de energiacutea hoy juega un rol determinante para reemplazar el petroacuteleo con energiacuteas alternativas

El desarrollo del aacutenodo de grafito significoacute un profundo salto en el desarrollo de las bateriacuteas de litio

Por su versatilidad la bateriacutea de ioacuten-litio puede satisfacer necesidades de requerimientos muy variados

Hoy es posible desarrollar e investigar bateriacuteas de ion-Li en la Argentina

Particularmente en nuestra universidad se estaacute investigando en el disentildeo estudio y preparacioacuten de materiales alternativos para electrodos de estas bateriacuteas

Litio

66

Siacutembolo quiacutemico LiNuacutemero Atoacutemico (Z) 3Elemento perteneciente al Grupo I Metales Alcalinos (1s2 2s1)Peso Atoacutemico 6941 umaEs el elemento metaacutelico maacutes liviano que existe a temperatura ambiente Soacutelido a temperatura ambienteIsoacutetopos 6 Li Abundancia 742 No Radioactivo

7 Li Abundancia 9258 No Radioactivo 5 Li 8 Li 9Li Isoacutetopos artificiales

Estado de Oxidacioacuten 1+ (catioacuten Li+)Radio atoacutemico 0152 nm (metal)Radio ioacutenico (Li+) 0060 nm

Caracteriacuteticas

67

Metal blanco lustre plateado y dureza de 06 (maacutes blando que el plomo) Densidad alrededor de la mitad del aguaEs altamente reactivo y se asemeja al sodio en su comportamiento quiacutemico El Cloruro de Litio es muy soluble en agua Los Carbonatos Fluoruros y Fosfatos de litio son muy poco solubles en agua Reacciona muy raacutepidamente con el aire (O2 y N2) y con agua

Debe ser almacenado sumergido en un liacutequido orgaacutenico (hidrocarburo) como nafta kerosene etc El metal arde fuertemente en aire con llama blanca brillante Las soluciones acuosas de Li+ imparten un color rojo carmesiacute a la llama

Litio y derivadosArbol de Litio

Ton Li 2CO

3

Uso proyectado en celulares

Yacimientos de minerales en Argentina

Pegmatitas Sierras Pampeanas San Luis CoacuterdobaSan Juan La Rioja Catamarca Salta Jujuy

Tipos de Minerales Silicatos Espodumeno LiAlSi2O6 (75 a 8 LiO2)

Petalita LiAlSi4O10

Micas Lepidolita K[LiAl]3[AlSi]4O10[FOH]2

Zinwaldita K[LiAlFe]3[AlSi]4O10[FOH]2

Fosfatos Litiofilita (MnLi)PO4

Ambligonita (LiNa)Al(FOH)PO4

Yacimientos en Argentina

Salares y Salmueras NaturalesZona de la Puna Salta Jujuy y Catamarca

Jujuy

Salta

Catamarca

Ambiente de los salares

iquestImpacto en el ambiente

La Negra ChilePlanta

en Salta

- La existencia de costras soacutelidas de sal es soacutelo una caracteriacutestica superficial que estaacute presente en algunos salares pero no es representativa de la complejidad del sistema

- Un salar tiene asociado un cuerpo subterraacuteneo de salmuera que lo alimenta y tiene diferentes lsquofaciesrsquo de sales en profundidad como cloruro de sodio (halita) cloruros y sulfatos de potasio y magnesio y otros sulfatos y carbonatos

Geologiacutea de un Salar

Produccioacuten Global de litio(en metal equivalente)

- La existencia de costras soacutelidas de sal es soacutelo una caracteriacutestica superficial que estaacute presente en algunos salares pero no es representativa de la complejidad del sistema

- Un salar tiene asociado un cuerpo subterraacuteneo de salmuera que lo alimenta y tiene diferentes lsquofaciesrsquo de sales en profundidad como cloruro de sodio (halita) cloruros y sulfatos de potasio y magnesio y otros sulfatos y carbonatos

Geologiacutea de un Salar

Aspectos de relevanciaConsumo y contaminacioacuten de agua impactos en el paisaje introduccioacuten de caminos de exploracioacuten en ecosistemas sensibles instalacioacuten de infraestructura impacto en la flora y fauna de la actividad industrial donde antes no la habiacutea generacioacuten de residuos soacutelidos y quiacutemicos

La salmuera es bombeada mediante perforaciones y luego se la expone al sol para

evaporar el liacutequido y concentrar los componentes de intereacutes La concentracioacuten de litio en las salmueras es baja y variacutea dentro de

cada salar y entre los distintos salares fluctuando entre unas pocas decenas de partes por milloacuten y poco maacutes de mil de acuerdo con

estos valores puede estimarse que por cada tonelada de litio extraiacuteda se evaporan alrededor

de dos millones de litros de agua clara evidencia de que la mineriacutea del litio en salares es

una mineriacutea del agua

iquestA quieacuten impacta

ldquoNo puede ni debe realizarse ninguacuten tipo de actividad minera sin el consentimiento libre previo e informado de las comunidades involucradasrdquo

Y nosotros que podemos hacerDesarrollo de nuevos materialesPreparacioacuten de materiales

CaracterizacioacutenEstudios Teoacutericos

Y nosotros que podemos hacerDesarrollo de nuevos materialesPreparacioacuten de materiales

CaracterizacioacutenEstudios Teoacutericos

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Page 17: Presentación de PowerPoint - famaf.unc.edu.ar · Oxido de Titanio Anodos importantes en uso Compuestos de intercalación Sn + xe-+ xLi+  Li ... Ensamble de celda y caracterización

Ambiente

1832-1930 2030

iquestPor queacute pensar HOY en Bateriacuteas de Litio

Ambientey

EnergiacuteaCO2

ldquo0rdquo emision

90 eficiencia

Enficiencia gt 40 oacute gt70

Eficiencia - 50-60

Eficiencia lt 25

CO2

etc

Bio-fuel y Petroleo Baja Eficiencia

iquestPor queacute pensar HOY en Bateriacuteas de Litio

Una bateriacutea de ion-Litio require 03 Kg de metal Li o 14 and 15 kg of Li2CO3 por kWh de capacidad de bateriacutea

Auto hiacutebrido promedio utiliza unos 5-20 kWh en bateriacuteas Esto es 15 kg of Litio o 7 kg of Li2CO3 por auto

Un auto totalmente eleacutectrico require bateriacuteas de 90 kWh Esto es 3 kg de Litio o 13 kg de Li2CO3 por auto

El precio de las bateriacuteas de ion-litio va desde 300 ndash 800 u$s kWh (comparada a 50-100 u$s kWh para la tecnologiacutea de Plomo aacutecido)

Distribucioacuten geograacutefica del Litio

Salares

Minerales

Bolivia

Chile

Argentina

Yacimientos en Bolivia ndash Chile ndash ArgentinaEn nuestros Salares aprox 80 de los recursos mundiales

Yacimientos de Salares en LatinoameacutericaldquoTriaacutengulo del Litiordquo Argentina - Bolivia - Chile

Salar de Uyuni Bolivia Salar de Atacama

Chile

Salar del Hombre Muerto Argentina

Ambiente de los salares

iquestImpacto en el ambiente

La Negra ChilePlanta

en Salta

Bateriacuteas comerciales de ioacuten-litio

Bateriacutea 18650

Bateriacuteas prismaacuteticas

ldquopackrdquo para notebook

Bateriacutea de ioacuten-litio

Bateriacutea de ioacuten-litio

Anodo Construido sobre una laacutemina de Cobre de 10-20 mm de espesor

Caacutetodo Construido sobre una laacutemina de Aluminio de 10-20 mm de espesor

Bateriacutea 18650 37 V 2100 mAh

Bateriacuteas Recargables de ioacuten Li+ en uso actual

CaacutetodoLiXCoO2

AnodoLiXC6

Solucioacuten de Electrolito Etilen-Carbonato amp Di-Metil Carbonato LiPF6 Voltaje 37 V Densidad de Energiacutea 150 WhKg

CathodeSurface films

AnodeSurface films

D Aurbach et Al Materials Today 2014

Anodos para Bateriacuteas recargables de ioacuten-Li

Li4Ti5O12 + 3Li+ + 3 e- harr Li7Ti5O12

Li1-xC6 + xLi+ + x e- harr LiC6

MX + 2eminus + 2Li+ M + Li2X

MX2 + eminus + Li+ + LiMX2

Insercioacuten

Conversioacuten

Capacidad Praacutectica 160 mAhg

LiC6

LiC12

Grafito

Oxido de Titanio

Anodos importantes en uso Compuestos de intercalacioacuten

Sn + xe- + xLi+ lt=gt LixSn x 44 gt900 mAhgSi + xe- + xLi+ lt=gt LixSi x 44 gt4000 mAhg

Problema se necesitan Nano estructuras

Capacidad Praacutectica 330 mAhg

12

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240 50 100 150 50 100 150

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Voltag

e V

vs LiL

i+

Capacity mAhg-1

0 100 200 30000

04

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100 200 30000

04

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Voltag

e V

vs LiL

i+

Capacity mAhg-1

iquestY nosotros queacute podemos hacerDesarrollo de nuevos materiales

- Preparacioacuten de materiales- Caracterizacioacuten- Estudios Teoacutericos y Simulaciones

Desarrollo de nuevos materiales- Preparacioacuten de materiales- Caracterizacioacuten- Estudios Teoacutericos y Simulaciones

iquestY nosotros queacute podemos hacer

Metodologiacutea de trabajo Siacutentesis de materiales activos

Caracterizacioacuten estructural y morfoloacutegica

Ensamble de celda y caracterizacioacuten electroquiacutemica

ModeloTeoacuterico

Simulacioacuten Computacional

Anaacutelisis e Interpretacioacuten

Estudios Teoacutericos

Estudios Experimentales

Liacuteneas de trabajo en el LaES

- Desarrollo y caracterizacioacuten de materiales para aacutenodos Basados en Carbono Titanatos de litio Silicio y Estantildeo

- Desarrollo y caracterizacioacuten de materiales para caacutetodos Basados en Azufre

- Simulaciones computacionalesInsercioacuten de iones litio en grafito y titanatos de litioModelado de materiales de carbonos porosos(Dinaacutemica Molecular Teoriacutea DFT Mecaacutenica

Estadiacutestica Montecarlo)

iexclMuchas gracias

laeslabuncgmailcom

Algunos temas de trabajo- Materiales hiacutebridos basados en carbono como electrodos para bateriacuteas de Li

Dra Guillermina Luque

- Agregado de aditivos y modificacioacuten de separadores para mejorar la performance de baterias de litio-azufre Dr Germaacuten Lener Dra Andrea Calderoacuten Dra Victoria Bracamonte

- Construccioacuten y caracterizacioacuten experimental y teoacuterica de dispositivos de conversioacuten fotovoltaica basados en perovskitas de halogenuros organometaacutelicos

Dr Agustiacuten Sigal

- Trabajo experimental y teoacuterico de materiales para electrodos de bateriacuteas azufre-litio y ioacuten-litio

Dr Germaacuten Lener Dr Agustiacuten Sigal

Algunos temas de trabajo- Estudios de la insercioacuten de iones de Li en compuestos de intercalacioacuten utilizados como electrodos de celdas de ion-Li

Dr Eduardo Perassi

- Caacutelculos ab-initio y simulaciones computacionales de sistemas relacionados con bateriacuteas de Litio celdas de combustible y adsorcioacuten sobre superficies Dra Cecilia Gimenez y Dr Luis Reinaudi

- Materiales activos de electrodo basados en oacutexidos de titanio y titanatos de metales alcalinos para su aplicacioacuten como aacutenodos en bateriacuteas de ioacuten-litio

Dr Osvaldo Caacutemara y Dra Fabiana Oliva

- Partiacuteculas aislantes vs partiacuteculas conductoras Efectos de la percolacioacuten en la conduccioacuten eleacutectrica

Dr Patricio Veacutelez

Algunas estrategias de ensamble

pero no solo para

automoacutevileshellip

iquesthogares sutentables

Vectores - Oportunidades = Litio (como bateriacuteas de Litio)

bullBateriacuteas de ion-Li En 2007 se produjeron mundialmente 2500000000 de bateriacuteas de Li

Se proyecta una utilizacioacuten de 20000 t en la fabricacioacuten de bateriacuteas para vehiacuteculos eleacutectricos cuya produccioacuten estimada es de 500000 vehiacuteculos eleacutectricos en 2015 y 15 millones en 2020 Se consumen actualmente 100000 toneladas en el mercado mundial

Ameacuterica Latina concentra entre el 50 y el 80 de las reservas mundiales (Bolivia Chile Argentina)

El Litio es un material no contaminante (en todo caso antidepresivo)

Tecnologiacutea Madura

Bateriacutea de Cinc-Cobre Reacciones Reacutedox

Cu+2 + 2e rarr Cu Reduccioacuten Zn rarr Zn+2 + 2e Oxidacioacuten

Proceso netoCu+2 + Zn rarr Cu + Zn+2 11 Volts

Proceso Electroquiacutemico

Clasificacioacuten General

a)Bateriacuteas productoras de Energiacutea Bateriacuteas ldquoPrimariasrdquo

- Cinc-Carboacuten (comuacuten)- Cinc-Carboacuten Alcalinas- Tipo ldquobotoacutenrdquo (de reloj)

b) Bateriacuteas de almacenamiento de Energiacutea Bateriacuteas ldquoSecundariasrdquo o ldquoRecargablesrdquo

- Plomo-aacutecido- Niacutequel-Cadmio- Niacutequel-Metal hidruro- Litio metaacutelico (en desuso)- Ioacuten-Litio

Utiles como Vectores Energeacuteticos

Un solo uso

Quiacutemica de las Bateriacuteas mas comunes

1) ldquoPilardquo de Leclancheacute o ldquopila secardquo Cinc-carbon (Zn-C)

Zn (metal) pasta de NH4ClndashZnCl2 oacutexido de manganeso + carboacuten grafitoelectrodo (-) electrodo (+)

REACCIONES

Zn Zn2+(ac) + 2 e

ndash Anodo (-)

2 MnO2(s) + 2endash + hellip 2 MnO(OH)(s) + Caacutetodo (+)

Diferencia de Potencial Eleacutectrico

Voltaje 150 Volts

Bateriacuteas ldquoPrimariasrdquo

Aacutenodo de grafitoproceso de cargado

Colector de corriente

Grafeno

Nube de electrones

Bateriacutea de ion-litio

Anodo Construido sobre una laacutemina de Cobre de 10-20 mm de espesor

Caacutetodo Construido sobre una laacutemina de Aluminio de 10-20 mm de espesor

Bateriacutea 18650 37 V 2100 mAh

bullBateriacuteas de ion-Li En 2007 se produjeron mundialmente 2500000000 de bateriacuteas de Li

Se proyecta una utilizacioacuten de 20000 t de Litio en la fabricacioacuten de bateriacuteas para vehiacuteculos eleacutectricos cuya produccioacuten estimada es de 500000 vehiacuteculos eleacutectricos en 2015 y 15 millones en 2020 Se consumen actualmente 100000 toneladas en el mercado mundial

Ameacuterica Latina concentra entre el 50 y el 70 de las reservas mundiales (Bolivia Chile Argentina)

El Li es un material no contaminante(en todo caso antidepresivo)

Tecnologiacutea Madura

Datos Interesantes

Energiacuteas especiacuteficas

Minerales conteniendo Litio

54

Ocurrencia Li en la corteza terrestre 0006 (entre los 27 mas abundantes) Se conocen mas de 150 minerales portadores de Li

Yacimientos Minerales de Pegmatitas Presente en magmas de baja viscosidad Pegmatitas de estructura zonada Se encuentra junto a Casiterita Berilo Apatita Columbita Granate Turmalina Feldespato Cuarzo Micas y otros

Salmueras Naturales Lagos salinos y salares Yacimientos de evaporacioacuten (minerales evaporiacuteticos) Alta solubilidad del Cloruro de Li Zonas aacuteridas

Imagen Nombre Foacutermula de Li2O

Espodumeno Li2O Al2O34SiO2

(PF 37620)804

(37 Li)

Lepidolita Li2AlSi4O10(FOH)(PF 37334)

3 ndash 6(37 Li)

Zinnwaldita KLiFeAl2Si3O10(OHF)(PF 42011)

2 ndash 4(17 Li)

Ambligonita Li Al(FOH)PO4

(PF 14587)101

(48 Li)

Tipos de Minerales

- Explotacioacuten extraccioacuten de aguas subterraacuteneas salinas- Procesamiento - Bombeo de salmueras (conteniendo 300 - 1500 ppm Li+) - Evaporacioacuten y Concentracioacuten de Litio (aprox factor gt10) - Purificacioacuten de salmueras Agregado de Ca(OH)2

separacioacuten de Mg(OH)2 boacuterax sulfatos

- Adicioacuten de Na2CO3 obtencioacuten de Li2CO3

Recuperacioacuten de aprox 90 de Li de la salmuera inicialSubproductos KCl CaSO4 2H2O(yeso) Mg(OH)2 Boacuterax

Obtencioacuten de Litio desde los Salares

Li2CO3

Reservas de Litio a nivel global

Reservas desde salares

Ameacuterica del sur guarda el 75 de las reservas de Litio mundiales

iquestFuturo de las bateriacuteas de Ion-LibullBateriacuteas de litio-aire

iquestFuturo de las bateriacuteas de Ion-LibullBateriacuteas de litio-aire

Algunas conclusiones El almacenamiento de energiacutea hoy juega un rol determinante para reemplazar el petroacuteleo con energiacuteas alternativas

El desarrollo del aacutenodo de grafito significoacute un profundo salto en el desarrollo de las bateriacuteas de litio

Por su versatilidad la bateriacutea de ioacuten-litio puede satisfacer necesidades de requerimientos muy variados

Hoy es posible desarrollar e investigar bateriacuteas de ion-Li en la Argentina

Particularmente en nuestra universidad se estaacute investigando en el disentildeo estudio y preparacioacuten de materiales alternativos para electrodos de estas bateriacuteas

Litio

66

Siacutembolo quiacutemico LiNuacutemero Atoacutemico (Z) 3Elemento perteneciente al Grupo I Metales Alcalinos (1s2 2s1)Peso Atoacutemico 6941 umaEs el elemento metaacutelico maacutes liviano que existe a temperatura ambiente Soacutelido a temperatura ambienteIsoacutetopos 6 Li Abundancia 742 No Radioactivo

7 Li Abundancia 9258 No Radioactivo 5 Li 8 Li 9Li Isoacutetopos artificiales

Estado de Oxidacioacuten 1+ (catioacuten Li+)Radio atoacutemico 0152 nm (metal)Radio ioacutenico (Li+) 0060 nm

Caracteriacuteticas

67

Metal blanco lustre plateado y dureza de 06 (maacutes blando que el plomo) Densidad alrededor de la mitad del aguaEs altamente reactivo y se asemeja al sodio en su comportamiento quiacutemico El Cloruro de Litio es muy soluble en agua Los Carbonatos Fluoruros y Fosfatos de litio son muy poco solubles en agua Reacciona muy raacutepidamente con el aire (O2 y N2) y con agua

Debe ser almacenado sumergido en un liacutequido orgaacutenico (hidrocarburo) como nafta kerosene etc El metal arde fuertemente en aire con llama blanca brillante Las soluciones acuosas de Li+ imparten un color rojo carmesiacute a la llama

Litio y derivadosArbol de Litio

Ton Li 2CO

3

Uso proyectado en celulares

Yacimientos de minerales en Argentina

Pegmatitas Sierras Pampeanas San Luis CoacuterdobaSan Juan La Rioja Catamarca Salta Jujuy

Tipos de Minerales Silicatos Espodumeno LiAlSi2O6 (75 a 8 LiO2)

Petalita LiAlSi4O10

Micas Lepidolita K[LiAl]3[AlSi]4O10[FOH]2

Zinwaldita K[LiAlFe]3[AlSi]4O10[FOH]2

Fosfatos Litiofilita (MnLi)PO4

Ambligonita (LiNa)Al(FOH)PO4

Yacimientos en Argentina

Salares y Salmueras NaturalesZona de la Puna Salta Jujuy y Catamarca

Jujuy

Salta

Catamarca

Ambiente de los salares

iquestImpacto en el ambiente

La Negra ChilePlanta

en Salta

- La existencia de costras soacutelidas de sal es soacutelo una caracteriacutestica superficial que estaacute presente en algunos salares pero no es representativa de la complejidad del sistema

- Un salar tiene asociado un cuerpo subterraacuteneo de salmuera que lo alimenta y tiene diferentes lsquofaciesrsquo de sales en profundidad como cloruro de sodio (halita) cloruros y sulfatos de potasio y magnesio y otros sulfatos y carbonatos

Geologiacutea de un Salar

Produccioacuten Global de litio(en metal equivalente)

- La existencia de costras soacutelidas de sal es soacutelo una caracteriacutestica superficial que estaacute presente en algunos salares pero no es representativa de la complejidad del sistema

- Un salar tiene asociado un cuerpo subterraacuteneo de salmuera que lo alimenta y tiene diferentes lsquofaciesrsquo de sales en profundidad como cloruro de sodio (halita) cloruros y sulfatos de potasio y magnesio y otros sulfatos y carbonatos

Geologiacutea de un Salar

Aspectos de relevanciaConsumo y contaminacioacuten de agua impactos en el paisaje introduccioacuten de caminos de exploracioacuten en ecosistemas sensibles instalacioacuten de infraestructura impacto en la flora y fauna de la actividad industrial donde antes no la habiacutea generacioacuten de residuos soacutelidos y quiacutemicos

La salmuera es bombeada mediante perforaciones y luego se la expone al sol para

evaporar el liacutequido y concentrar los componentes de intereacutes La concentracioacuten de litio en las salmueras es baja y variacutea dentro de

cada salar y entre los distintos salares fluctuando entre unas pocas decenas de partes por milloacuten y poco maacutes de mil de acuerdo con

estos valores puede estimarse que por cada tonelada de litio extraiacuteda se evaporan alrededor

de dos millones de litros de agua clara evidencia de que la mineriacutea del litio en salares es

una mineriacutea del agua

iquestA quieacuten impacta

ldquoNo puede ni debe realizarse ninguacuten tipo de actividad minera sin el consentimiento libre previo e informado de las comunidades involucradasrdquo

Y nosotros que podemos hacerDesarrollo de nuevos materialesPreparacioacuten de materiales

CaracterizacioacutenEstudios Teoacutericos

Y nosotros que podemos hacerDesarrollo de nuevos materialesPreparacioacuten de materiales

CaracterizacioacutenEstudios Teoacutericos

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Ambientey

EnergiacuteaCO2

ldquo0rdquo emision

90 eficiencia

Enficiencia gt 40 oacute gt70

Eficiencia - 50-60

Eficiencia lt 25

CO2

etc

Bio-fuel y Petroleo Baja Eficiencia

iquestPor queacute pensar HOY en Bateriacuteas de Litio

Una bateriacutea de ion-Litio require 03 Kg de metal Li o 14 and 15 kg of Li2CO3 por kWh de capacidad de bateriacutea

Auto hiacutebrido promedio utiliza unos 5-20 kWh en bateriacuteas Esto es 15 kg of Litio o 7 kg of Li2CO3 por auto

Un auto totalmente eleacutectrico require bateriacuteas de 90 kWh Esto es 3 kg de Litio o 13 kg de Li2CO3 por auto

El precio de las bateriacuteas de ion-litio va desde 300 ndash 800 u$s kWh (comparada a 50-100 u$s kWh para la tecnologiacutea de Plomo aacutecido)

Distribucioacuten geograacutefica del Litio

Salares

Minerales

Bolivia

Chile

Argentina

Yacimientos en Bolivia ndash Chile ndash ArgentinaEn nuestros Salares aprox 80 de los recursos mundiales

Yacimientos de Salares en LatinoameacutericaldquoTriaacutengulo del Litiordquo Argentina - Bolivia - Chile

Salar de Uyuni Bolivia Salar de Atacama

Chile

Salar del Hombre Muerto Argentina

Ambiente de los salares

iquestImpacto en el ambiente

La Negra ChilePlanta

en Salta

Bateriacuteas comerciales de ioacuten-litio

Bateriacutea 18650

Bateriacuteas prismaacuteticas

ldquopackrdquo para notebook

Bateriacutea de ioacuten-litio

Bateriacutea de ioacuten-litio

Anodo Construido sobre una laacutemina de Cobre de 10-20 mm de espesor

Caacutetodo Construido sobre una laacutemina de Aluminio de 10-20 mm de espesor

Bateriacutea 18650 37 V 2100 mAh

Bateriacuteas Recargables de ioacuten Li+ en uso actual

CaacutetodoLiXCoO2

AnodoLiXC6

Solucioacuten de Electrolito Etilen-Carbonato amp Di-Metil Carbonato LiPF6 Voltaje 37 V Densidad de Energiacutea 150 WhKg

CathodeSurface films

AnodeSurface films

D Aurbach et Al Materials Today 2014

Anodos para Bateriacuteas recargables de ioacuten-Li

Li4Ti5O12 + 3Li+ + 3 e- harr Li7Ti5O12

Li1-xC6 + xLi+ + x e- harr LiC6

MX + 2eminus + 2Li+ M + Li2X

MX2 + eminus + Li+ + LiMX2

Insercioacuten

Conversioacuten

Capacidad Praacutectica 160 mAhg

LiC6

LiC12

Grafito

Oxido de Titanio

Anodos importantes en uso Compuestos de intercalacioacuten

Sn + xe- + xLi+ lt=gt LixSn x 44 gt900 mAhgSi + xe- + xLi+ lt=gt LixSi x 44 gt4000 mAhg

Problema se necesitan Nano estructuras

Capacidad Praacutectica 330 mAhg

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e V

vs LiL

i+

Capacity mAhg-1

0 100 200 30000

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iquestY nosotros queacute podemos hacerDesarrollo de nuevos materiales

- Preparacioacuten de materiales- Caracterizacioacuten- Estudios Teoacutericos y Simulaciones

Desarrollo de nuevos materiales- Preparacioacuten de materiales- Caracterizacioacuten- Estudios Teoacutericos y Simulaciones

iquestY nosotros queacute podemos hacer

Metodologiacutea de trabajo Siacutentesis de materiales activos

Caracterizacioacuten estructural y morfoloacutegica

Ensamble de celda y caracterizacioacuten electroquiacutemica

ModeloTeoacuterico

Simulacioacuten Computacional

Anaacutelisis e Interpretacioacuten

Estudios Teoacutericos

Estudios Experimentales

Liacuteneas de trabajo en el LaES

- Desarrollo y caracterizacioacuten de materiales para aacutenodos Basados en Carbono Titanatos de litio Silicio y Estantildeo

- Desarrollo y caracterizacioacuten de materiales para caacutetodos Basados en Azufre

- Simulaciones computacionalesInsercioacuten de iones litio en grafito y titanatos de litioModelado de materiales de carbonos porosos(Dinaacutemica Molecular Teoriacutea DFT Mecaacutenica

Estadiacutestica Montecarlo)

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Algunos temas de trabajo- Materiales hiacutebridos basados en carbono como electrodos para bateriacuteas de Li

Dra Guillermina Luque

- Agregado de aditivos y modificacioacuten de separadores para mejorar la performance de baterias de litio-azufre Dr Germaacuten Lener Dra Andrea Calderoacuten Dra Victoria Bracamonte

- Construccioacuten y caracterizacioacuten experimental y teoacuterica de dispositivos de conversioacuten fotovoltaica basados en perovskitas de halogenuros organometaacutelicos

Dr Agustiacuten Sigal

- Trabajo experimental y teoacuterico de materiales para electrodos de bateriacuteas azufre-litio y ioacuten-litio

Dr Germaacuten Lener Dr Agustiacuten Sigal

Algunos temas de trabajo- Estudios de la insercioacuten de iones de Li en compuestos de intercalacioacuten utilizados como electrodos de celdas de ion-Li

Dr Eduardo Perassi

- Caacutelculos ab-initio y simulaciones computacionales de sistemas relacionados con bateriacuteas de Litio celdas de combustible y adsorcioacuten sobre superficies Dra Cecilia Gimenez y Dr Luis Reinaudi

- Materiales activos de electrodo basados en oacutexidos de titanio y titanatos de metales alcalinos para su aplicacioacuten como aacutenodos en bateriacuteas de ioacuten-litio

Dr Osvaldo Caacutemara y Dra Fabiana Oliva

- Partiacuteculas aislantes vs partiacuteculas conductoras Efectos de la percolacioacuten en la conduccioacuten eleacutectrica

Dr Patricio Veacutelez

Algunas estrategias de ensamble

pero no solo para

automoacutevileshellip

iquesthogares sutentables

Vectores - Oportunidades = Litio (como bateriacuteas de Litio)

bullBateriacuteas de ion-Li En 2007 se produjeron mundialmente 2500000000 de bateriacuteas de Li

Se proyecta una utilizacioacuten de 20000 t en la fabricacioacuten de bateriacuteas para vehiacuteculos eleacutectricos cuya produccioacuten estimada es de 500000 vehiacuteculos eleacutectricos en 2015 y 15 millones en 2020 Se consumen actualmente 100000 toneladas en el mercado mundial

Ameacuterica Latina concentra entre el 50 y el 80 de las reservas mundiales (Bolivia Chile Argentina)

El Litio es un material no contaminante (en todo caso antidepresivo)

Tecnologiacutea Madura

Bateriacutea de Cinc-Cobre Reacciones Reacutedox

Cu+2 + 2e rarr Cu Reduccioacuten Zn rarr Zn+2 + 2e Oxidacioacuten

Proceso netoCu+2 + Zn rarr Cu + Zn+2 11 Volts

Proceso Electroquiacutemico

Clasificacioacuten General

a)Bateriacuteas productoras de Energiacutea Bateriacuteas ldquoPrimariasrdquo

- Cinc-Carboacuten (comuacuten)- Cinc-Carboacuten Alcalinas- Tipo ldquobotoacutenrdquo (de reloj)

b) Bateriacuteas de almacenamiento de Energiacutea Bateriacuteas ldquoSecundariasrdquo o ldquoRecargablesrdquo

- Plomo-aacutecido- Niacutequel-Cadmio- Niacutequel-Metal hidruro- Litio metaacutelico (en desuso)- Ioacuten-Litio

Utiles como Vectores Energeacuteticos

Un solo uso

Quiacutemica de las Bateriacuteas mas comunes

1) ldquoPilardquo de Leclancheacute o ldquopila secardquo Cinc-carbon (Zn-C)

Zn (metal) pasta de NH4ClndashZnCl2 oacutexido de manganeso + carboacuten grafitoelectrodo (-) electrodo (+)

REACCIONES

Zn Zn2+(ac) + 2 e

ndash Anodo (-)

2 MnO2(s) + 2endash + hellip 2 MnO(OH)(s) + Caacutetodo (+)

Diferencia de Potencial Eleacutectrico

Voltaje 150 Volts

Bateriacuteas ldquoPrimariasrdquo

Aacutenodo de grafitoproceso de cargado

Colector de corriente

Grafeno

Nube de electrones

Bateriacutea de ion-litio

Anodo Construido sobre una laacutemina de Cobre de 10-20 mm de espesor

Caacutetodo Construido sobre una laacutemina de Aluminio de 10-20 mm de espesor

Bateriacutea 18650 37 V 2100 mAh

bullBateriacuteas de ion-Li En 2007 se produjeron mundialmente 2500000000 de bateriacuteas de Li

Se proyecta una utilizacioacuten de 20000 t de Litio en la fabricacioacuten de bateriacuteas para vehiacuteculos eleacutectricos cuya produccioacuten estimada es de 500000 vehiacuteculos eleacutectricos en 2015 y 15 millones en 2020 Se consumen actualmente 100000 toneladas en el mercado mundial

Ameacuterica Latina concentra entre el 50 y el 70 de las reservas mundiales (Bolivia Chile Argentina)

El Li es un material no contaminante(en todo caso antidepresivo)

Tecnologiacutea Madura

Datos Interesantes

Energiacuteas especiacuteficas

Minerales conteniendo Litio

54

Ocurrencia Li en la corteza terrestre 0006 (entre los 27 mas abundantes) Se conocen mas de 150 minerales portadores de Li

Yacimientos Minerales de Pegmatitas Presente en magmas de baja viscosidad Pegmatitas de estructura zonada Se encuentra junto a Casiterita Berilo Apatita Columbita Granate Turmalina Feldespato Cuarzo Micas y otros

Salmueras Naturales Lagos salinos y salares Yacimientos de evaporacioacuten (minerales evaporiacuteticos) Alta solubilidad del Cloruro de Li Zonas aacuteridas

Imagen Nombre Foacutermula de Li2O

Espodumeno Li2O Al2O34SiO2

(PF 37620)804

(37 Li)

Lepidolita Li2AlSi4O10(FOH)(PF 37334)

3 ndash 6(37 Li)

Zinnwaldita KLiFeAl2Si3O10(OHF)(PF 42011)

2 ndash 4(17 Li)

Ambligonita Li Al(FOH)PO4

(PF 14587)101

(48 Li)

Tipos de Minerales

- Explotacioacuten extraccioacuten de aguas subterraacuteneas salinas- Procesamiento - Bombeo de salmueras (conteniendo 300 - 1500 ppm Li+) - Evaporacioacuten y Concentracioacuten de Litio (aprox factor gt10) - Purificacioacuten de salmueras Agregado de Ca(OH)2

separacioacuten de Mg(OH)2 boacuterax sulfatos

- Adicioacuten de Na2CO3 obtencioacuten de Li2CO3

Recuperacioacuten de aprox 90 de Li de la salmuera inicialSubproductos KCl CaSO4 2H2O(yeso) Mg(OH)2 Boacuterax

Obtencioacuten de Litio desde los Salares

Li2CO3

Reservas de Litio a nivel global

Reservas desde salares

Ameacuterica del sur guarda el 75 de las reservas de Litio mundiales

iquestFuturo de las bateriacuteas de Ion-LibullBateriacuteas de litio-aire

iquestFuturo de las bateriacuteas de Ion-LibullBateriacuteas de litio-aire

Algunas conclusiones El almacenamiento de energiacutea hoy juega un rol determinante para reemplazar el petroacuteleo con energiacuteas alternativas

El desarrollo del aacutenodo de grafito significoacute un profundo salto en el desarrollo de las bateriacuteas de litio

Por su versatilidad la bateriacutea de ioacuten-litio puede satisfacer necesidades de requerimientos muy variados

Hoy es posible desarrollar e investigar bateriacuteas de ion-Li en la Argentina

Particularmente en nuestra universidad se estaacute investigando en el disentildeo estudio y preparacioacuten de materiales alternativos para electrodos de estas bateriacuteas

Litio

66

Siacutembolo quiacutemico LiNuacutemero Atoacutemico (Z) 3Elemento perteneciente al Grupo I Metales Alcalinos (1s2 2s1)Peso Atoacutemico 6941 umaEs el elemento metaacutelico maacutes liviano que existe a temperatura ambiente Soacutelido a temperatura ambienteIsoacutetopos 6 Li Abundancia 742 No Radioactivo

7 Li Abundancia 9258 No Radioactivo 5 Li 8 Li 9Li Isoacutetopos artificiales

Estado de Oxidacioacuten 1+ (catioacuten Li+)Radio atoacutemico 0152 nm (metal)Radio ioacutenico (Li+) 0060 nm

Caracteriacuteticas

67

Metal blanco lustre plateado y dureza de 06 (maacutes blando que el plomo) Densidad alrededor de la mitad del aguaEs altamente reactivo y se asemeja al sodio en su comportamiento quiacutemico El Cloruro de Litio es muy soluble en agua Los Carbonatos Fluoruros y Fosfatos de litio son muy poco solubles en agua Reacciona muy raacutepidamente con el aire (O2 y N2) y con agua

Debe ser almacenado sumergido en un liacutequido orgaacutenico (hidrocarburo) como nafta kerosene etc El metal arde fuertemente en aire con llama blanca brillante Las soluciones acuosas de Li+ imparten un color rojo carmesiacute a la llama

Litio y derivadosArbol de Litio

Ton Li 2CO

3

Uso proyectado en celulares

Yacimientos de minerales en Argentina

Pegmatitas Sierras Pampeanas San Luis CoacuterdobaSan Juan La Rioja Catamarca Salta Jujuy

Tipos de Minerales Silicatos Espodumeno LiAlSi2O6 (75 a 8 LiO2)

Petalita LiAlSi4O10

Micas Lepidolita K[LiAl]3[AlSi]4O10[FOH]2

Zinwaldita K[LiAlFe]3[AlSi]4O10[FOH]2

Fosfatos Litiofilita (MnLi)PO4

Ambligonita (LiNa)Al(FOH)PO4

Yacimientos en Argentina

Salares y Salmueras NaturalesZona de la Puna Salta Jujuy y Catamarca

Jujuy

Salta

Catamarca

Ambiente de los salares

iquestImpacto en el ambiente

La Negra ChilePlanta

en Salta

- La existencia de costras soacutelidas de sal es soacutelo una caracteriacutestica superficial que estaacute presente en algunos salares pero no es representativa de la complejidad del sistema

- Un salar tiene asociado un cuerpo subterraacuteneo de salmuera que lo alimenta y tiene diferentes lsquofaciesrsquo de sales en profundidad como cloruro de sodio (halita) cloruros y sulfatos de potasio y magnesio y otros sulfatos y carbonatos

Geologiacutea de un Salar

Produccioacuten Global de litio(en metal equivalente)

- La existencia de costras soacutelidas de sal es soacutelo una caracteriacutestica superficial que estaacute presente en algunos salares pero no es representativa de la complejidad del sistema

- Un salar tiene asociado un cuerpo subterraacuteneo de salmuera que lo alimenta y tiene diferentes lsquofaciesrsquo de sales en profundidad como cloruro de sodio (halita) cloruros y sulfatos de potasio y magnesio y otros sulfatos y carbonatos

Geologiacutea de un Salar

Aspectos de relevanciaConsumo y contaminacioacuten de agua impactos en el paisaje introduccioacuten de caminos de exploracioacuten en ecosistemas sensibles instalacioacuten de infraestructura impacto en la flora y fauna de la actividad industrial donde antes no la habiacutea generacioacuten de residuos soacutelidos y quiacutemicos

La salmuera es bombeada mediante perforaciones y luego se la expone al sol para

evaporar el liacutequido y concentrar los componentes de intereacutes La concentracioacuten de litio en las salmueras es baja y variacutea dentro de

cada salar y entre los distintos salares fluctuando entre unas pocas decenas de partes por milloacuten y poco maacutes de mil de acuerdo con

estos valores puede estimarse que por cada tonelada de litio extraiacuteda se evaporan alrededor

de dos millones de litros de agua clara evidencia de que la mineriacutea del litio en salares es

una mineriacutea del agua

iquestA quieacuten impacta

ldquoNo puede ni debe realizarse ninguacuten tipo de actividad minera sin el consentimiento libre previo e informado de las comunidades involucradasrdquo

Y nosotros que podemos hacerDesarrollo de nuevos materialesPreparacioacuten de materiales

CaracterizacioacutenEstudios Teoacutericos

Y nosotros que podemos hacerDesarrollo de nuevos materialesPreparacioacuten de materiales

CaracterizacioacutenEstudios Teoacutericos

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Page 19: Presentación de PowerPoint - famaf.unc.edu.ar · Oxido de Titanio Anodos importantes en uso Compuestos de intercalación Sn + xe-+ xLi+  Li ... Ensamble de celda y caracterización

Una bateriacutea de ion-Litio require 03 Kg de metal Li o 14 and 15 kg of Li2CO3 por kWh de capacidad de bateriacutea

Auto hiacutebrido promedio utiliza unos 5-20 kWh en bateriacuteas Esto es 15 kg of Litio o 7 kg of Li2CO3 por auto

Un auto totalmente eleacutectrico require bateriacuteas de 90 kWh Esto es 3 kg de Litio o 13 kg de Li2CO3 por auto

El precio de las bateriacuteas de ion-litio va desde 300 ndash 800 u$s kWh (comparada a 50-100 u$s kWh para la tecnologiacutea de Plomo aacutecido)

Distribucioacuten geograacutefica del Litio

Salares

Minerales

Bolivia

Chile

Argentina

Yacimientos en Bolivia ndash Chile ndash ArgentinaEn nuestros Salares aprox 80 de los recursos mundiales

Yacimientos de Salares en LatinoameacutericaldquoTriaacutengulo del Litiordquo Argentina - Bolivia - Chile

Salar de Uyuni Bolivia Salar de Atacama

Chile

Salar del Hombre Muerto Argentina

Ambiente de los salares

iquestImpacto en el ambiente

La Negra ChilePlanta

en Salta

Bateriacuteas comerciales de ioacuten-litio

Bateriacutea 18650

Bateriacuteas prismaacuteticas

ldquopackrdquo para notebook

Bateriacutea de ioacuten-litio

Bateriacutea de ioacuten-litio

Anodo Construido sobre una laacutemina de Cobre de 10-20 mm de espesor

Caacutetodo Construido sobre una laacutemina de Aluminio de 10-20 mm de espesor

Bateriacutea 18650 37 V 2100 mAh

Bateriacuteas Recargables de ioacuten Li+ en uso actual

CaacutetodoLiXCoO2

AnodoLiXC6

Solucioacuten de Electrolito Etilen-Carbonato amp Di-Metil Carbonato LiPF6 Voltaje 37 V Densidad de Energiacutea 150 WhKg

CathodeSurface films

AnodeSurface films

D Aurbach et Al Materials Today 2014

Anodos para Bateriacuteas recargables de ioacuten-Li

Li4Ti5O12 + 3Li+ + 3 e- harr Li7Ti5O12

Li1-xC6 + xLi+ + x e- harr LiC6

MX + 2eminus + 2Li+ M + Li2X

MX2 + eminus + Li+ + LiMX2

Insercioacuten

Conversioacuten

Capacidad Praacutectica 160 mAhg

LiC6

LiC12

Grafito

Oxido de Titanio

Anodos importantes en uso Compuestos de intercalacioacuten

Sn + xe- + xLi+ lt=gt LixSn x 44 gt900 mAhgSi + xe- + xLi+ lt=gt LixSi x 44 gt4000 mAhg

Problema se necesitan Nano estructuras

Capacidad Praacutectica 330 mAhg

12

16

20

240 50 100 150 50 100 150

12

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Voltag

e V

vs LiL

i+

Capacity mAhg-1

0 100 200 30000

04

08

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100 200 30000

04

08

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Voltag

e V

vs LiL

i+

Capacity mAhg-1

iquestY nosotros queacute podemos hacerDesarrollo de nuevos materiales

- Preparacioacuten de materiales- Caracterizacioacuten- Estudios Teoacutericos y Simulaciones

Desarrollo de nuevos materiales- Preparacioacuten de materiales- Caracterizacioacuten- Estudios Teoacutericos y Simulaciones

iquestY nosotros queacute podemos hacer

Metodologiacutea de trabajo Siacutentesis de materiales activos

Caracterizacioacuten estructural y morfoloacutegica

Ensamble de celda y caracterizacioacuten electroquiacutemica

ModeloTeoacuterico

Simulacioacuten Computacional

Anaacutelisis e Interpretacioacuten

Estudios Teoacutericos

Estudios Experimentales

Liacuteneas de trabajo en el LaES

- Desarrollo y caracterizacioacuten de materiales para aacutenodos Basados en Carbono Titanatos de litio Silicio y Estantildeo

- Desarrollo y caracterizacioacuten de materiales para caacutetodos Basados en Azufre

- Simulaciones computacionalesInsercioacuten de iones litio en grafito y titanatos de litioModelado de materiales de carbonos porosos(Dinaacutemica Molecular Teoriacutea DFT Mecaacutenica

Estadiacutestica Montecarlo)

iexclMuchas gracias

laeslabuncgmailcom

Algunos temas de trabajo- Materiales hiacutebridos basados en carbono como electrodos para bateriacuteas de Li

Dra Guillermina Luque

- Agregado de aditivos y modificacioacuten de separadores para mejorar la performance de baterias de litio-azufre Dr Germaacuten Lener Dra Andrea Calderoacuten Dra Victoria Bracamonte

- Construccioacuten y caracterizacioacuten experimental y teoacuterica de dispositivos de conversioacuten fotovoltaica basados en perovskitas de halogenuros organometaacutelicos

Dr Agustiacuten Sigal

- Trabajo experimental y teoacuterico de materiales para electrodos de bateriacuteas azufre-litio y ioacuten-litio

Dr Germaacuten Lener Dr Agustiacuten Sigal

Algunos temas de trabajo- Estudios de la insercioacuten de iones de Li en compuestos de intercalacioacuten utilizados como electrodos de celdas de ion-Li

Dr Eduardo Perassi

- Caacutelculos ab-initio y simulaciones computacionales de sistemas relacionados con bateriacuteas de Litio celdas de combustible y adsorcioacuten sobre superficies Dra Cecilia Gimenez y Dr Luis Reinaudi

- Materiales activos de electrodo basados en oacutexidos de titanio y titanatos de metales alcalinos para su aplicacioacuten como aacutenodos en bateriacuteas de ioacuten-litio

Dr Osvaldo Caacutemara y Dra Fabiana Oliva

- Partiacuteculas aislantes vs partiacuteculas conductoras Efectos de la percolacioacuten en la conduccioacuten eleacutectrica

Dr Patricio Veacutelez

Algunas estrategias de ensamble

pero no solo para

automoacutevileshellip

iquesthogares sutentables

Vectores - Oportunidades = Litio (como bateriacuteas de Litio)

bullBateriacuteas de ion-Li En 2007 se produjeron mundialmente 2500000000 de bateriacuteas de Li

Se proyecta una utilizacioacuten de 20000 t en la fabricacioacuten de bateriacuteas para vehiacuteculos eleacutectricos cuya produccioacuten estimada es de 500000 vehiacuteculos eleacutectricos en 2015 y 15 millones en 2020 Se consumen actualmente 100000 toneladas en el mercado mundial

Ameacuterica Latina concentra entre el 50 y el 80 de las reservas mundiales (Bolivia Chile Argentina)

El Litio es un material no contaminante (en todo caso antidepresivo)

Tecnologiacutea Madura

Bateriacutea de Cinc-Cobre Reacciones Reacutedox

Cu+2 + 2e rarr Cu Reduccioacuten Zn rarr Zn+2 + 2e Oxidacioacuten

Proceso netoCu+2 + Zn rarr Cu + Zn+2 11 Volts

Proceso Electroquiacutemico

Clasificacioacuten General

a)Bateriacuteas productoras de Energiacutea Bateriacuteas ldquoPrimariasrdquo

- Cinc-Carboacuten (comuacuten)- Cinc-Carboacuten Alcalinas- Tipo ldquobotoacutenrdquo (de reloj)

b) Bateriacuteas de almacenamiento de Energiacutea Bateriacuteas ldquoSecundariasrdquo o ldquoRecargablesrdquo

- Plomo-aacutecido- Niacutequel-Cadmio- Niacutequel-Metal hidruro- Litio metaacutelico (en desuso)- Ioacuten-Litio

Utiles como Vectores Energeacuteticos

Un solo uso

Quiacutemica de las Bateriacuteas mas comunes

1) ldquoPilardquo de Leclancheacute o ldquopila secardquo Cinc-carbon (Zn-C)

Zn (metal) pasta de NH4ClndashZnCl2 oacutexido de manganeso + carboacuten grafitoelectrodo (-) electrodo (+)

REACCIONES

Zn Zn2+(ac) + 2 e

ndash Anodo (-)

2 MnO2(s) + 2endash + hellip 2 MnO(OH)(s) + Caacutetodo (+)

Diferencia de Potencial Eleacutectrico

Voltaje 150 Volts

Bateriacuteas ldquoPrimariasrdquo

Aacutenodo de grafitoproceso de cargado

Colector de corriente

Grafeno

Nube de electrones

Bateriacutea de ion-litio

Anodo Construido sobre una laacutemina de Cobre de 10-20 mm de espesor

Caacutetodo Construido sobre una laacutemina de Aluminio de 10-20 mm de espesor

Bateriacutea 18650 37 V 2100 mAh

bullBateriacuteas de ion-Li En 2007 se produjeron mundialmente 2500000000 de bateriacuteas de Li

Se proyecta una utilizacioacuten de 20000 t de Litio en la fabricacioacuten de bateriacuteas para vehiacuteculos eleacutectricos cuya produccioacuten estimada es de 500000 vehiacuteculos eleacutectricos en 2015 y 15 millones en 2020 Se consumen actualmente 100000 toneladas en el mercado mundial

Ameacuterica Latina concentra entre el 50 y el 70 de las reservas mundiales (Bolivia Chile Argentina)

El Li es un material no contaminante(en todo caso antidepresivo)

Tecnologiacutea Madura

Datos Interesantes

Energiacuteas especiacuteficas

Minerales conteniendo Litio

54

Ocurrencia Li en la corteza terrestre 0006 (entre los 27 mas abundantes) Se conocen mas de 150 minerales portadores de Li

Yacimientos Minerales de Pegmatitas Presente en magmas de baja viscosidad Pegmatitas de estructura zonada Se encuentra junto a Casiterita Berilo Apatita Columbita Granate Turmalina Feldespato Cuarzo Micas y otros

Salmueras Naturales Lagos salinos y salares Yacimientos de evaporacioacuten (minerales evaporiacuteticos) Alta solubilidad del Cloruro de Li Zonas aacuteridas

Imagen Nombre Foacutermula de Li2O

Espodumeno Li2O Al2O34SiO2

(PF 37620)804

(37 Li)

Lepidolita Li2AlSi4O10(FOH)(PF 37334)

3 ndash 6(37 Li)

Zinnwaldita KLiFeAl2Si3O10(OHF)(PF 42011)

2 ndash 4(17 Li)

Ambligonita Li Al(FOH)PO4

(PF 14587)101

(48 Li)

Tipos de Minerales

- Explotacioacuten extraccioacuten de aguas subterraacuteneas salinas- Procesamiento - Bombeo de salmueras (conteniendo 300 - 1500 ppm Li+) - Evaporacioacuten y Concentracioacuten de Litio (aprox factor gt10) - Purificacioacuten de salmueras Agregado de Ca(OH)2

separacioacuten de Mg(OH)2 boacuterax sulfatos

- Adicioacuten de Na2CO3 obtencioacuten de Li2CO3

Recuperacioacuten de aprox 90 de Li de la salmuera inicialSubproductos KCl CaSO4 2H2O(yeso) Mg(OH)2 Boacuterax

Obtencioacuten de Litio desde los Salares

Li2CO3

Reservas de Litio a nivel global

Reservas desde salares

Ameacuterica del sur guarda el 75 de las reservas de Litio mundiales

iquestFuturo de las bateriacuteas de Ion-LibullBateriacuteas de litio-aire

iquestFuturo de las bateriacuteas de Ion-LibullBateriacuteas de litio-aire

Algunas conclusiones El almacenamiento de energiacutea hoy juega un rol determinante para reemplazar el petroacuteleo con energiacuteas alternativas

El desarrollo del aacutenodo de grafito significoacute un profundo salto en el desarrollo de las bateriacuteas de litio

Por su versatilidad la bateriacutea de ioacuten-litio puede satisfacer necesidades de requerimientos muy variados

Hoy es posible desarrollar e investigar bateriacuteas de ion-Li en la Argentina

Particularmente en nuestra universidad se estaacute investigando en el disentildeo estudio y preparacioacuten de materiales alternativos para electrodos de estas bateriacuteas

Litio

66

Siacutembolo quiacutemico LiNuacutemero Atoacutemico (Z) 3Elemento perteneciente al Grupo I Metales Alcalinos (1s2 2s1)Peso Atoacutemico 6941 umaEs el elemento metaacutelico maacutes liviano que existe a temperatura ambiente Soacutelido a temperatura ambienteIsoacutetopos 6 Li Abundancia 742 No Radioactivo

7 Li Abundancia 9258 No Radioactivo 5 Li 8 Li 9Li Isoacutetopos artificiales

Estado de Oxidacioacuten 1+ (catioacuten Li+)Radio atoacutemico 0152 nm (metal)Radio ioacutenico (Li+) 0060 nm

Caracteriacuteticas

67

Metal blanco lustre plateado y dureza de 06 (maacutes blando que el plomo) Densidad alrededor de la mitad del aguaEs altamente reactivo y se asemeja al sodio en su comportamiento quiacutemico El Cloruro de Litio es muy soluble en agua Los Carbonatos Fluoruros y Fosfatos de litio son muy poco solubles en agua Reacciona muy raacutepidamente con el aire (O2 y N2) y con agua

Debe ser almacenado sumergido en un liacutequido orgaacutenico (hidrocarburo) como nafta kerosene etc El metal arde fuertemente en aire con llama blanca brillante Las soluciones acuosas de Li+ imparten un color rojo carmesiacute a la llama

Litio y derivadosArbol de Litio

Ton Li 2CO

3

Uso proyectado en celulares

Yacimientos de minerales en Argentina

Pegmatitas Sierras Pampeanas San Luis CoacuterdobaSan Juan La Rioja Catamarca Salta Jujuy

Tipos de Minerales Silicatos Espodumeno LiAlSi2O6 (75 a 8 LiO2)

Petalita LiAlSi4O10

Micas Lepidolita K[LiAl]3[AlSi]4O10[FOH]2

Zinwaldita K[LiAlFe]3[AlSi]4O10[FOH]2

Fosfatos Litiofilita (MnLi)PO4

Ambligonita (LiNa)Al(FOH)PO4

Yacimientos en Argentina

Salares y Salmueras NaturalesZona de la Puna Salta Jujuy y Catamarca

Jujuy

Salta

Catamarca

Ambiente de los salares

iquestImpacto en el ambiente

La Negra ChilePlanta

en Salta

- La existencia de costras soacutelidas de sal es soacutelo una caracteriacutestica superficial que estaacute presente en algunos salares pero no es representativa de la complejidad del sistema

- Un salar tiene asociado un cuerpo subterraacuteneo de salmuera que lo alimenta y tiene diferentes lsquofaciesrsquo de sales en profundidad como cloruro de sodio (halita) cloruros y sulfatos de potasio y magnesio y otros sulfatos y carbonatos

Geologiacutea de un Salar

Produccioacuten Global de litio(en metal equivalente)

- La existencia de costras soacutelidas de sal es soacutelo una caracteriacutestica superficial que estaacute presente en algunos salares pero no es representativa de la complejidad del sistema

- Un salar tiene asociado un cuerpo subterraacuteneo de salmuera que lo alimenta y tiene diferentes lsquofaciesrsquo de sales en profundidad como cloruro de sodio (halita) cloruros y sulfatos de potasio y magnesio y otros sulfatos y carbonatos

Geologiacutea de un Salar

Aspectos de relevanciaConsumo y contaminacioacuten de agua impactos en el paisaje introduccioacuten de caminos de exploracioacuten en ecosistemas sensibles instalacioacuten de infraestructura impacto en la flora y fauna de la actividad industrial donde antes no la habiacutea generacioacuten de residuos soacutelidos y quiacutemicos

La salmuera es bombeada mediante perforaciones y luego se la expone al sol para

evaporar el liacutequido y concentrar los componentes de intereacutes La concentracioacuten de litio en las salmueras es baja y variacutea dentro de

cada salar y entre los distintos salares fluctuando entre unas pocas decenas de partes por milloacuten y poco maacutes de mil de acuerdo con

estos valores puede estimarse que por cada tonelada de litio extraiacuteda se evaporan alrededor

de dos millones de litros de agua clara evidencia de que la mineriacutea del litio en salares es

una mineriacutea del agua

iquestA quieacuten impacta

ldquoNo puede ni debe realizarse ninguacuten tipo de actividad minera sin el consentimiento libre previo e informado de las comunidades involucradasrdquo

Y nosotros que podemos hacerDesarrollo de nuevos materialesPreparacioacuten de materiales

CaracterizacioacutenEstudios Teoacutericos

Y nosotros que podemos hacerDesarrollo de nuevos materialesPreparacioacuten de materiales

CaracterizacioacutenEstudios Teoacutericos

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Page 20: Presentación de PowerPoint - famaf.unc.edu.ar · Oxido de Titanio Anodos importantes en uso Compuestos de intercalación Sn + xe-+ xLi+  Li ... Ensamble de celda y caracterización

Distribucioacuten geograacutefica del Litio

Salares

Minerales

Bolivia

Chile

Argentina

Yacimientos en Bolivia ndash Chile ndash ArgentinaEn nuestros Salares aprox 80 de los recursos mundiales

Yacimientos de Salares en LatinoameacutericaldquoTriaacutengulo del Litiordquo Argentina - Bolivia - Chile

Salar de Uyuni Bolivia Salar de Atacama

Chile

Salar del Hombre Muerto Argentina

Ambiente de los salares

iquestImpacto en el ambiente

La Negra ChilePlanta

en Salta

Bateriacuteas comerciales de ioacuten-litio

Bateriacutea 18650

Bateriacuteas prismaacuteticas

ldquopackrdquo para notebook

Bateriacutea de ioacuten-litio

Bateriacutea de ioacuten-litio

Anodo Construido sobre una laacutemina de Cobre de 10-20 mm de espesor

Caacutetodo Construido sobre una laacutemina de Aluminio de 10-20 mm de espesor

Bateriacutea 18650 37 V 2100 mAh

Bateriacuteas Recargables de ioacuten Li+ en uso actual

CaacutetodoLiXCoO2

AnodoLiXC6

Solucioacuten de Electrolito Etilen-Carbonato amp Di-Metil Carbonato LiPF6 Voltaje 37 V Densidad de Energiacutea 150 WhKg

CathodeSurface films

AnodeSurface films

D Aurbach et Al Materials Today 2014

Anodos para Bateriacuteas recargables de ioacuten-Li

Li4Ti5O12 + 3Li+ + 3 e- harr Li7Ti5O12

Li1-xC6 + xLi+ + x e- harr LiC6

MX + 2eminus + 2Li+ M + Li2X

MX2 + eminus + Li+ + LiMX2

Insercioacuten

Conversioacuten

Capacidad Praacutectica 160 mAhg

LiC6

LiC12

Grafito

Oxido de Titanio

Anodos importantes en uso Compuestos de intercalacioacuten

Sn + xe- + xLi+ lt=gt LixSn x 44 gt900 mAhgSi + xe- + xLi+ lt=gt LixSi x 44 gt4000 mAhg

Problema se necesitan Nano estructuras

Capacidad Praacutectica 330 mAhg

12

16

20

240 50 100 150 50 100 150

12

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24

Voltag

e V

vs LiL

i+

Capacity mAhg-1

0 100 200 30000

04

08

12

100 200 30000

04

08

12

Voltag

e V

vs LiL

i+

Capacity mAhg-1

iquestY nosotros queacute podemos hacerDesarrollo de nuevos materiales

- Preparacioacuten de materiales- Caracterizacioacuten- Estudios Teoacutericos y Simulaciones

Desarrollo de nuevos materiales- Preparacioacuten de materiales- Caracterizacioacuten- Estudios Teoacutericos y Simulaciones

iquestY nosotros queacute podemos hacer

Metodologiacutea de trabajo Siacutentesis de materiales activos

Caracterizacioacuten estructural y morfoloacutegica

Ensamble de celda y caracterizacioacuten electroquiacutemica

ModeloTeoacuterico

Simulacioacuten Computacional

Anaacutelisis e Interpretacioacuten

Estudios Teoacutericos

Estudios Experimentales

Liacuteneas de trabajo en el LaES

- Desarrollo y caracterizacioacuten de materiales para aacutenodos Basados en Carbono Titanatos de litio Silicio y Estantildeo

- Desarrollo y caracterizacioacuten de materiales para caacutetodos Basados en Azufre

- Simulaciones computacionalesInsercioacuten de iones litio en grafito y titanatos de litioModelado de materiales de carbonos porosos(Dinaacutemica Molecular Teoriacutea DFT Mecaacutenica

Estadiacutestica Montecarlo)

iexclMuchas gracias

laeslabuncgmailcom

Algunos temas de trabajo- Materiales hiacutebridos basados en carbono como electrodos para bateriacuteas de Li

Dra Guillermina Luque

- Agregado de aditivos y modificacioacuten de separadores para mejorar la performance de baterias de litio-azufre Dr Germaacuten Lener Dra Andrea Calderoacuten Dra Victoria Bracamonte

- Construccioacuten y caracterizacioacuten experimental y teoacuterica de dispositivos de conversioacuten fotovoltaica basados en perovskitas de halogenuros organometaacutelicos

Dr Agustiacuten Sigal

- Trabajo experimental y teoacuterico de materiales para electrodos de bateriacuteas azufre-litio y ioacuten-litio

Dr Germaacuten Lener Dr Agustiacuten Sigal

Algunos temas de trabajo- Estudios de la insercioacuten de iones de Li en compuestos de intercalacioacuten utilizados como electrodos de celdas de ion-Li

Dr Eduardo Perassi

- Caacutelculos ab-initio y simulaciones computacionales de sistemas relacionados con bateriacuteas de Litio celdas de combustible y adsorcioacuten sobre superficies Dra Cecilia Gimenez y Dr Luis Reinaudi

- Materiales activos de electrodo basados en oacutexidos de titanio y titanatos de metales alcalinos para su aplicacioacuten como aacutenodos en bateriacuteas de ioacuten-litio

Dr Osvaldo Caacutemara y Dra Fabiana Oliva

- Partiacuteculas aislantes vs partiacuteculas conductoras Efectos de la percolacioacuten en la conduccioacuten eleacutectrica

Dr Patricio Veacutelez

Algunas estrategias de ensamble

pero no solo para

automoacutevileshellip

iquesthogares sutentables

Vectores - Oportunidades = Litio (como bateriacuteas de Litio)

bullBateriacuteas de ion-Li En 2007 se produjeron mundialmente 2500000000 de bateriacuteas de Li

Se proyecta una utilizacioacuten de 20000 t en la fabricacioacuten de bateriacuteas para vehiacuteculos eleacutectricos cuya produccioacuten estimada es de 500000 vehiacuteculos eleacutectricos en 2015 y 15 millones en 2020 Se consumen actualmente 100000 toneladas en el mercado mundial

Ameacuterica Latina concentra entre el 50 y el 80 de las reservas mundiales (Bolivia Chile Argentina)

El Litio es un material no contaminante (en todo caso antidepresivo)

Tecnologiacutea Madura

Bateriacutea de Cinc-Cobre Reacciones Reacutedox

Cu+2 + 2e rarr Cu Reduccioacuten Zn rarr Zn+2 + 2e Oxidacioacuten

Proceso netoCu+2 + Zn rarr Cu + Zn+2 11 Volts

Proceso Electroquiacutemico

Clasificacioacuten General

a)Bateriacuteas productoras de Energiacutea Bateriacuteas ldquoPrimariasrdquo

- Cinc-Carboacuten (comuacuten)- Cinc-Carboacuten Alcalinas- Tipo ldquobotoacutenrdquo (de reloj)

b) Bateriacuteas de almacenamiento de Energiacutea Bateriacuteas ldquoSecundariasrdquo o ldquoRecargablesrdquo

- Plomo-aacutecido- Niacutequel-Cadmio- Niacutequel-Metal hidruro- Litio metaacutelico (en desuso)- Ioacuten-Litio

Utiles como Vectores Energeacuteticos

Un solo uso

Quiacutemica de las Bateriacuteas mas comunes

1) ldquoPilardquo de Leclancheacute o ldquopila secardquo Cinc-carbon (Zn-C)

Zn (metal) pasta de NH4ClndashZnCl2 oacutexido de manganeso + carboacuten grafitoelectrodo (-) electrodo (+)

REACCIONES

Zn Zn2+(ac) + 2 e

ndash Anodo (-)

2 MnO2(s) + 2endash + hellip 2 MnO(OH)(s) + Caacutetodo (+)

Diferencia de Potencial Eleacutectrico

Voltaje 150 Volts

Bateriacuteas ldquoPrimariasrdquo

Aacutenodo de grafitoproceso de cargado

Colector de corriente

Grafeno

Nube de electrones

Bateriacutea de ion-litio

Anodo Construido sobre una laacutemina de Cobre de 10-20 mm de espesor

Caacutetodo Construido sobre una laacutemina de Aluminio de 10-20 mm de espesor

Bateriacutea 18650 37 V 2100 mAh

bullBateriacuteas de ion-Li En 2007 se produjeron mundialmente 2500000000 de bateriacuteas de Li

Se proyecta una utilizacioacuten de 20000 t de Litio en la fabricacioacuten de bateriacuteas para vehiacuteculos eleacutectricos cuya produccioacuten estimada es de 500000 vehiacuteculos eleacutectricos en 2015 y 15 millones en 2020 Se consumen actualmente 100000 toneladas en el mercado mundial

Ameacuterica Latina concentra entre el 50 y el 70 de las reservas mundiales (Bolivia Chile Argentina)

El Li es un material no contaminante(en todo caso antidepresivo)

Tecnologiacutea Madura

Datos Interesantes

Energiacuteas especiacuteficas

Minerales conteniendo Litio

54

Ocurrencia Li en la corteza terrestre 0006 (entre los 27 mas abundantes) Se conocen mas de 150 minerales portadores de Li

Yacimientos Minerales de Pegmatitas Presente en magmas de baja viscosidad Pegmatitas de estructura zonada Se encuentra junto a Casiterita Berilo Apatita Columbita Granate Turmalina Feldespato Cuarzo Micas y otros

Salmueras Naturales Lagos salinos y salares Yacimientos de evaporacioacuten (minerales evaporiacuteticos) Alta solubilidad del Cloruro de Li Zonas aacuteridas

Imagen Nombre Foacutermula de Li2O

Espodumeno Li2O Al2O34SiO2

(PF 37620)804

(37 Li)

Lepidolita Li2AlSi4O10(FOH)(PF 37334)

3 ndash 6(37 Li)

Zinnwaldita KLiFeAl2Si3O10(OHF)(PF 42011)

2 ndash 4(17 Li)

Ambligonita Li Al(FOH)PO4

(PF 14587)101

(48 Li)

Tipos de Minerales

- Explotacioacuten extraccioacuten de aguas subterraacuteneas salinas- Procesamiento - Bombeo de salmueras (conteniendo 300 - 1500 ppm Li+) - Evaporacioacuten y Concentracioacuten de Litio (aprox factor gt10) - Purificacioacuten de salmueras Agregado de Ca(OH)2

separacioacuten de Mg(OH)2 boacuterax sulfatos

- Adicioacuten de Na2CO3 obtencioacuten de Li2CO3

Recuperacioacuten de aprox 90 de Li de la salmuera inicialSubproductos KCl CaSO4 2H2O(yeso) Mg(OH)2 Boacuterax

Obtencioacuten de Litio desde los Salares

Li2CO3

Reservas de Litio a nivel global

Reservas desde salares

Ameacuterica del sur guarda el 75 de las reservas de Litio mundiales

iquestFuturo de las bateriacuteas de Ion-LibullBateriacuteas de litio-aire

iquestFuturo de las bateriacuteas de Ion-LibullBateriacuteas de litio-aire

Algunas conclusiones El almacenamiento de energiacutea hoy juega un rol determinante para reemplazar el petroacuteleo con energiacuteas alternativas

El desarrollo del aacutenodo de grafito significoacute un profundo salto en el desarrollo de las bateriacuteas de litio

Por su versatilidad la bateriacutea de ioacuten-litio puede satisfacer necesidades de requerimientos muy variados

Hoy es posible desarrollar e investigar bateriacuteas de ion-Li en la Argentina

Particularmente en nuestra universidad se estaacute investigando en el disentildeo estudio y preparacioacuten de materiales alternativos para electrodos de estas bateriacuteas

Litio

66

Siacutembolo quiacutemico LiNuacutemero Atoacutemico (Z) 3Elemento perteneciente al Grupo I Metales Alcalinos (1s2 2s1)Peso Atoacutemico 6941 umaEs el elemento metaacutelico maacutes liviano que existe a temperatura ambiente Soacutelido a temperatura ambienteIsoacutetopos 6 Li Abundancia 742 No Radioactivo

7 Li Abundancia 9258 No Radioactivo 5 Li 8 Li 9Li Isoacutetopos artificiales

Estado de Oxidacioacuten 1+ (catioacuten Li+)Radio atoacutemico 0152 nm (metal)Radio ioacutenico (Li+) 0060 nm

Caracteriacuteticas

67

Metal blanco lustre plateado y dureza de 06 (maacutes blando que el plomo) Densidad alrededor de la mitad del aguaEs altamente reactivo y se asemeja al sodio en su comportamiento quiacutemico El Cloruro de Litio es muy soluble en agua Los Carbonatos Fluoruros y Fosfatos de litio son muy poco solubles en agua Reacciona muy raacutepidamente con el aire (O2 y N2) y con agua

Debe ser almacenado sumergido en un liacutequido orgaacutenico (hidrocarburo) como nafta kerosene etc El metal arde fuertemente en aire con llama blanca brillante Las soluciones acuosas de Li+ imparten un color rojo carmesiacute a la llama

Litio y derivadosArbol de Litio

Ton Li 2CO

3

Uso proyectado en celulares

Yacimientos de minerales en Argentina

Pegmatitas Sierras Pampeanas San Luis CoacuterdobaSan Juan La Rioja Catamarca Salta Jujuy

Tipos de Minerales Silicatos Espodumeno LiAlSi2O6 (75 a 8 LiO2)

Petalita LiAlSi4O10

Micas Lepidolita K[LiAl]3[AlSi]4O10[FOH]2

Zinwaldita K[LiAlFe]3[AlSi]4O10[FOH]2

Fosfatos Litiofilita (MnLi)PO4

Ambligonita (LiNa)Al(FOH)PO4

Yacimientos en Argentina

Salares y Salmueras NaturalesZona de la Puna Salta Jujuy y Catamarca

Jujuy

Salta

Catamarca

Ambiente de los salares

iquestImpacto en el ambiente

La Negra ChilePlanta

en Salta

- La existencia de costras soacutelidas de sal es soacutelo una caracteriacutestica superficial que estaacute presente en algunos salares pero no es representativa de la complejidad del sistema

- Un salar tiene asociado un cuerpo subterraacuteneo de salmuera que lo alimenta y tiene diferentes lsquofaciesrsquo de sales en profundidad como cloruro de sodio (halita) cloruros y sulfatos de potasio y magnesio y otros sulfatos y carbonatos

Geologiacutea de un Salar

Produccioacuten Global de litio(en metal equivalente)

- La existencia de costras soacutelidas de sal es soacutelo una caracteriacutestica superficial que estaacute presente en algunos salares pero no es representativa de la complejidad del sistema

- Un salar tiene asociado un cuerpo subterraacuteneo de salmuera que lo alimenta y tiene diferentes lsquofaciesrsquo de sales en profundidad como cloruro de sodio (halita) cloruros y sulfatos de potasio y magnesio y otros sulfatos y carbonatos

Geologiacutea de un Salar

Aspectos de relevanciaConsumo y contaminacioacuten de agua impactos en el paisaje introduccioacuten de caminos de exploracioacuten en ecosistemas sensibles instalacioacuten de infraestructura impacto en la flora y fauna de la actividad industrial donde antes no la habiacutea generacioacuten de residuos soacutelidos y quiacutemicos

La salmuera es bombeada mediante perforaciones y luego se la expone al sol para

evaporar el liacutequido y concentrar los componentes de intereacutes La concentracioacuten de litio en las salmueras es baja y variacutea dentro de

cada salar y entre los distintos salares fluctuando entre unas pocas decenas de partes por milloacuten y poco maacutes de mil de acuerdo con

estos valores puede estimarse que por cada tonelada de litio extraiacuteda se evaporan alrededor

de dos millones de litros de agua clara evidencia de que la mineriacutea del litio en salares es

una mineriacutea del agua

iquestA quieacuten impacta

ldquoNo puede ni debe realizarse ninguacuten tipo de actividad minera sin el consentimiento libre previo e informado de las comunidades involucradasrdquo

Y nosotros que podemos hacerDesarrollo de nuevos materialesPreparacioacuten de materiales

CaracterizacioacutenEstudios Teoacutericos

Y nosotros que podemos hacerDesarrollo de nuevos materialesPreparacioacuten de materiales

CaracterizacioacutenEstudios Teoacutericos

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Bolivia

Chile

Argentina

Yacimientos en Bolivia ndash Chile ndash ArgentinaEn nuestros Salares aprox 80 de los recursos mundiales

Yacimientos de Salares en LatinoameacutericaldquoTriaacutengulo del Litiordquo Argentina - Bolivia - Chile

Salar de Uyuni Bolivia Salar de Atacama

Chile

Salar del Hombre Muerto Argentina

Ambiente de los salares

iquestImpacto en el ambiente

La Negra ChilePlanta

en Salta

Bateriacuteas comerciales de ioacuten-litio

Bateriacutea 18650

Bateriacuteas prismaacuteticas

ldquopackrdquo para notebook

Bateriacutea de ioacuten-litio

Bateriacutea de ioacuten-litio

Anodo Construido sobre una laacutemina de Cobre de 10-20 mm de espesor

Caacutetodo Construido sobre una laacutemina de Aluminio de 10-20 mm de espesor

Bateriacutea 18650 37 V 2100 mAh

Bateriacuteas Recargables de ioacuten Li+ en uso actual

CaacutetodoLiXCoO2

AnodoLiXC6

Solucioacuten de Electrolito Etilen-Carbonato amp Di-Metil Carbonato LiPF6 Voltaje 37 V Densidad de Energiacutea 150 WhKg

CathodeSurface films

AnodeSurface films

D Aurbach et Al Materials Today 2014

Anodos para Bateriacuteas recargables de ioacuten-Li

Li4Ti5O12 + 3Li+ + 3 e- harr Li7Ti5O12

Li1-xC6 + xLi+ + x e- harr LiC6

MX + 2eminus + 2Li+ M + Li2X

MX2 + eminus + Li+ + LiMX2

Insercioacuten

Conversioacuten

Capacidad Praacutectica 160 mAhg

LiC6

LiC12

Grafito

Oxido de Titanio

Anodos importantes en uso Compuestos de intercalacioacuten

Sn + xe- + xLi+ lt=gt LixSn x 44 gt900 mAhgSi + xe- + xLi+ lt=gt LixSi x 44 gt4000 mAhg

Problema se necesitan Nano estructuras

Capacidad Praacutectica 330 mAhg

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240 50 100 150 50 100 150

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Voltag

e V

vs LiL

i+

Capacity mAhg-1

0 100 200 30000

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100 200 30000

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Voltag

e V

vs LiL

i+

Capacity mAhg-1

iquestY nosotros queacute podemos hacerDesarrollo de nuevos materiales

- Preparacioacuten de materiales- Caracterizacioacuten- Estudios Teoacutericos y Simulaciones

Desarrollo de nuevos materiales- Preparacioacuten de materiales- Caracterizacioacuten- Estudios Teoacutericos y Simulaciones

iquestY nosotros queacute podemos hacer

Metodologiacutea de trabajo Siacutentesis de materiales activos

Caracterizacioacuten estructural y morfoloacutegica

Ensamble de celda y caracterizacioacuten electroquiacutemica

ModeloTeoacuterico

Simulacioacuten Computacional

Anaacutelisis e Interpretacioacuten

Estudios Teoacutericos

Estudios Experimentales

Liacuteneas de trabajo en el LaES

- Desarrollo y caracterizacioacuten de materiales para aacutenodos Basados en Carbono Titanatos de litio Silicio y Estantildeo

- Desarrollo y caracterizacioacuten de materiales para caacutetodos Basados en Azufre

- Simulaciones computacionalesInsercioacuten de iones litio en grafito y titanatos de litioModelado de materiales de carbonos porosos(Dinaacutemica Molecular Teoriacutea DFT Mecaacutenica

Estadiacutestica Montecarlo)

iexclMuchas gracias

laeslabuncgmailcom

Algunos temas de trabajo- Materiales hiacutebridos basados en carbono como electrodos para bateriacuteas de Li

Dra Guillermina Luque

- Agregado de aditivos y modificacioacuten de separadores para mejorar la performance de baterias de litio-azufre Dr Germaacuten Lener Dra Andrea Calderoacuten Dra Victoria Bracamonte

- Construccioacuten y caracterizacioacuten experimental y teoacuterica de dispositivos de conversioacuten fotovoltaica basados en perovskitas de halogenuros organometaacutelicos

Dr Agustiacuten Sigal

- Trabajo experimental y teoacuterico de materiales para electrodos de bateriacuteas azufre-litio y ioacuten-litio

Dr Germaacuten Lener Dr Agustiacuten Sigal

Algunos temas de trabajo- Estudios de la insercioacuten de iones de Li en compuestos de intercalacioacuten utilizados como electrodos de celdas de ion-Li

Dr Eduardo Perassi

- Caacutelculos ab-initio y simulaciones computacionales de sistemas relacionados con bateriacuteas de Litio celdas de combustible y adsorcioacuten sobre superficies Dra Cecilia Gimenez y Dr Luis Reinaudi

- Materiales activos de electrodo basados en oacutexidos de titanio y titanatos de metales alcalinos para su aplicacioacuten como aacutenodos en bateriacuteas de ioacuten-litio

Dr Osvaldo Caacutemara y Dra Fabiana Oliva

- Partiacuteculas aislantes vs partiacuteculas conductoras Efectos de la percolacioacuten en la conduccioacuten eleacutectrica

Dr Patricio Veacutelez

Algunas estrategias de ensamble

pero no solo para

automoacutevileshellip

iquesthogares sutentables

Vectores - Oportunidades = Litio (como bateriacuteas de Litio)

bullBateriacuteas de ion-Li En 2007 se produjeron mundialmente 2500000000 de bateriacuteas de Li

Se proyecta una utilizacioacuten de 20000 t en la fabricacioacuten de bateriacuteas para vehiacuteculos eleacutectricos cuya produccioacuten estimada es de 500000 vehiacuteculos eleacutectricos en 2015 y 15 millones en 2020 Se consumen actualmente 100000 toneladas en el mercado mundial

Ameacuterica Latina concentra entre el 50 y el 80 de las reservas mundiales (Bolivia Chile Argentina)

El Litio es un material no contaminante (en todo caso antidepresivo)

Tecnologiacutea Madura

Bateriacutea de Cinc-Cobre Reacciones Reacutedox

Cu+2 + 2e rarr Cu Reduccioacuten Zn rarr Zn+2 + 2e Oxidacioacuten

Proceso netoCu+2 + Zn rarr Cu + Zn+2 11 Volts

Proceso Electroquiacutemico

Clasificacioacuten General

a)Bateriacuteas productoras de Energiacutea Bateriacuteas ldquoPrimariasrdquo

- Cinc-Carboacuten (comuacuten)- Cinc-Carboacuten Alcalinas- Tipo ldquobotoacutenrdquo (de reloj)

b) Bateriacuteas de almacenamiento de Energiacutea Bateriacuteas ldquoSecundariasrdquo o ldquoRecargablesrdquo

- Plomo-aacutecido- Niacutequel-Cadmio- Niacutequel-Metal hidruro- Litio metaacutelico (en desuso)- Ioacuten-Litio

Utiles como Vectores Energeacuteticos

Un solo uso

Quiacutemica de las Bateriacuteas mas comunes

1) ldquoPilardquo de Leclancheacute o ldquopila secardquo Cinc-carbon (Zn-C)

Zn (metal) pasta de NH4ClndashZnCl2 oacutexido de manganeso + carboacuten grafitoelectrodo (-) electrodo (+)

REACCIONES

Zn Zn2+(ac) + 2 e

ndash Anodo (-)

2 MnO2(s) + 2endash + hellip 2 MnO(OH)(s) + Caacutetodo (+)

Diferencia de Potencial Eleacutectrico

Voltaje 150 Volts

Bateriacuteas ldquoPrimariasrdquo

Aacutenodo de grafitoproceso de cargado

Colector de corriente

Grafeno

Nube de electrones

Bateriacutea de ion-litio

Anodo Construido sobre una laacutemina de Cobre de 10-20 mm de espesor

Caacutetodo Construido sobre una laacutemina de Aluminio de 10-20 mm de espesor

Bateriacutea 18650 37 V 2100 mAh

bullBateriacuteas de ion-Li En 2007 se produjeron mundialmente 2500000000 de bateriacuteas de Li

Se proyecta una utilizacioacuten de 20000 t de Litio en la fabricacioacuten de bateriacuteas para vehiacuteculos eleacutectricos cuya produccioacuten estimada es de 500000 vehiacuteculos eleacutectricos en 2015 y 15 millones en 2020 Se consumen actualmente 100000 toneladas en el mercado mundial

Ameacuterica Latina concentra entre el 50 y el 70 de las reservas mundiales (Bolivia Chile Argentina)

El Li es un material no contaminante(en todo caso antidepresivo)

Tecnologiacutea Madura

Datos Interesantes

Energiacuteas especiacuteficas

Minerales conteniendo Litio

54

Ocurrencia Li en la corteza terrestre 0006 (entre los 27 mas abundantes) Se conocen mas de 150 minerales portadores de Li

Yacimientos Minerales de Pegmatitas Presente en magmas de baja viscosidad Pegmatitas de estructura zonada Se encuentra junto a Casiterita Berilo Apatita Columbita Granate Turmalina Feldespato Cuarzo Micas y otros

Salmueras Naturales Lagos salinos y salares Yacimientos de evaporacioacuten (minerales evaporiacuteticos) Alta solubilidad del Cloruro de Li Zonas aacuteridas

Imagen Nombre Foacutermula de Li2O

Espodumeno Li2O Al2O34SiO2

(PF 37620)804

(37 Li)

Lepidolita Li2AlSi4O10(FOH)(PF 37334)

3 ndash 6(37 Li)

Zinnwaldita KLiFeAl2Si3O10(OHF)(PF 42011)

2 ndash 4(17 Li)

Ambligonita Li Al(FOH)PO4

(PF 14587)101

(48 Li)

Tipos de Minerales

- Explotacioacuten extraccioacuten de aguas subterraacuteneas salinas- Procesamiento - Bombeo de salmueras (conteniendo 300 - 1500 ppm Li+) - Evaporacioacuten y Concentracioacuten de Litio (aprox factor gt10) - Purificacioacuten de salmueras Agregado de Ca(OH)2

separacioacuten de Mg(OH)2 boacuterax sulfatos

- Adicioacuten de Na2CO3 obtencioacuten de Li2CO3

Recuperacioacuten de aprox 90 de Li de la salmuera inicialSubproductos KCl CaSO4 2H2O(yeso) Mg(OH)2 Boacuterax

Obtencioacuten de Litio desde los Salares

Li2CO3

Reservas de Litio a nivel global

Reservas desde salares

Ameacuterica del sur guarda el 75 de las reservas de Litio mundiales

iquestFuturo de las bateriacuteas de Ion-LibullBateriacuteas de litio-aire

iquestFuturo de las bateriacuteas de Ion-LibullBateriacuteas de litio-aire

Algunas conclusiones El almacenamiento de energiacutea hoy juega un rol determinante para reemplazar el petroacuteleo con energiacuteas alternativas

El desarrollo del aacutenodo de grafito significoacute un profundo salto en el desarrollo de las bateriacuteas de litio

Por su versatilidad la bateriacutea de ioacuten-litio puede satisfacer necesidades de requerimientos muy variados

Hoy es posible desarrollar e investigar bateriacuteas de ion-Li en la Argentina

Particularmente en nuestra universidad se estaacute investigando en el disentildeo estudio y preparacioacuten de materiales alternativos para electrodos de estas bateriacuteas

Litio

66

Siacutembolo quiacutemico LiNuacutemero Atoacutemico (Z) 3Elemento perteneciente al Grupo I Metales Alcalinos (1s2 2s1)Peso Atoacutemico 6941 umaEs el elemento metaacutelico maacutes liviano que existe a temperatura ambiente Soacutelido a temperatura ambienteIsoacutetopos 6 Li Abundancia 742 No Radioactivo

7 Li Abundancia 9258 No Radioactivo 5 Li 8 Li 9Li Isoacutetopos artificiales

Estado de Oxidacioacuten 1+ (catioacuten Li+)Radio atoacutemico 0152 nm (metal)Radio ioacutenico (Li+) 0060 nm

Caracteriacuteticas

67

Metal blanco lustre plateado y dureza de 06 (maacutes blando que el plomo) Densidad alrededor de la mitad del aguaEs altamente reactivo y se asemeja al sodio en su comportamiento quiacutemico El Cloruro de Litio es muy soluble en agua Los Carbonatos Fluoruros y Fosfatos de litio son muy poco solubles en agua Reacciona muy raacutepidamente con el aire (O2 y N2) y con agua

Debe ser almacenado sumergido en un liacutequido orgaacutenico (hidrocarburo) como nafta kerosene etc El metal arde fuertemente en aire con llama blanca brillante Las soluciones acuosas de Li+ imparten un color rojo carmesiacute a la llama

Litio y derivadosArbol de Litio

Ton Li 2CO

3

Uso proyectado en celulares

Yacimientos de minerales en Argentina

Pegmatitas Sierras Pampeanas San Luis CoacuterdobaSan Juan La Rioja Catamarca Salta Jujuy

Tipos de Minerales Silicatos Espodumeno LiAlSi2O6 (75 a 8 LiO2)

Petalita LiAlSi4O10

Micas Lepidolita K[LiAl]3[AlSi]4O10[FOH]2

Zinwaldita K[LiAlFe]3[AlSi]4O10[FOH]2

Fosfatos Litiofilita (MnLi)PO4

Ambligonita (LiNa)Al(FOH)PO4

Yacimientos en Argentina

Salares y Salmueras NaturalesZona de la Puna Salta Jujuy y Catamarca

Jujuy

Salta

Catamarca

Ambiente de los salares

iquestImpacto en el ambiente

La Negra ChilePlanta

en Salta

- La existencia de costras soacutelidas de sal es soacutelo una caracteriacutestica superficial que estaacute presente en algunos salares pero no es representativa de la complejidad del sistema

- Un salar tiene asociado un cuerpo subterraacuteneo de salmuera que lo alimenta y tiene diferentes lsquofaciesrsquo de sales en profundidad como cloruro de sodio (halita) cloruros y sulfatos de potasio y magnesio y otros sulfatos y carbonatos

Geologiacutea de un Salar

Produccioacuten Global de litio(en metal equivalente)

- La existencia de costras soacutelidas de sal es soacutelo una caracteriacutestica superficial que estaacute presente en algunos salares pero no es representativa de la complejidad del sistema

- Un salar tiene asociado un cuerpo subterraacuteneo de salmuera que lo alimenta y tiene diferentes lsquofaciesrsquo de sales en profundidad como cloruro de sodio (halita) cloruros y sulfatos de potasio y magnesio y otros sulfatos y carbonatos

Geologiacutea de un Salar

Aspectos de relevanciaConsumo y contaminacioacuten de agua impactos en el paisaje introduccioacuten de caminos de exploracioacuten en ecosistemas sensibles instalacioacuten de infraestructura impacto en la flora y fauna de la actividad industrial donde antes no la habiacutea generacioacuten de residuos soacutelidos y quiacutemicos

La salmuera es bombeada mediante perforaciones y luego se la expone al sol para

evaporar el liacutequido y concentrar los componentes de intereacutes La concentracioacuten de litio en las salmueras es baja y variacutea dentro de

cada salar y entre los distintos salares fluctuando entre unas pocas decenas de partes por milloacuten y poco maacutes de mil de acuerdo con

estos valores puede estimarse que por cada tonelada de litio extraiacuteda se evaporan alrededor

de dos millones de litros de agua clara evidencia de que la mineriacutea del litio en salares es

una mineriacutea del agua

iquestA quieacuten impacta

ldquoNo puede ni debe realizarse ninguacuten tipo de actividad minera sin el consentimiento libre previo e informado de las comunidades involucradasrdquo

Y nosotros que podemos hacerDesarrollo de nuevos materialesPreparacioacuten de materiales

CaracterizacioacutenEstudios Teoacutericos

Y nosotros que podemos hacerDesarrollo de nuevos materialesPreparacioacuten de materiales

CaracterizacioacutenEstudios Teoacutericos

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Page 22: Presentación de PowerPoint - famaf.unc.edu.ar · Oxido de Titanio Anodos importantes en uso Compuestos de intercalación Sn + xe-+ xLi+  Li ... Ensamble de celda y caracterización

Yacimientos de Salares en LatinoameacutericaldquoTriaacutengulo del Litiordquo Argentina - Bolivia - Chile

Salar de Uyuni Bolivia Salar de Atacama

Chile

Salar del Hombre Muerto Argentina

Ambiente de los salares

iquestImpacto en el ambiente

La Negra ChilePlanta

en Salta

Bateriacuteas comerciales de ioacuten-litio

Bateriacutea 18650

Bateriacuteas prismaacuteticas

ldquopackrdquo para notebook

Bateriacutea de ioacuten-litio

Bateriacutea de ioacuten-litio

Anodo Construido sobre una laacutemina de Cobre de 10-20 mm de espesor

Caacutetodo Construido sobre una laacutemina de Aluminio de 10-20 mm de espesor

Bateriacutea 18650 37 V 2100 mAh

Bateriacuteas Recargables de ioacuten Li+ en uso actual

CaacutetodoLiXCoO2

AnodoLiXC6

Solucioacuten de Electrolito Etilen-Carbonato amp Di-Metil Carbonato LiPF6 Voltaje 37 V Densidad de Energiacutea 150 WhKg

CathodeSurface films

AnodeSurface films

D Aurbach et Al Materials Today 2014

Anodos para Bateriacuteas recargables de ioacuten-Li

Li4Ti5O12 + 3Li+ + 3 e- harr Li7Ti5O12

Li1-xC6 + xLi+ + x e- harr LiC6

MX + 2eminus + 2Li+ M + Li2X

MX2 + eminus + Li+ + LiMX2

Insercioacuten

Conversioacuten

Capacidad Praacutectica 160 mAhg

LiC6

LiC12

Grafito

Oxido de Titanio

Anodos importantes en uso Compuestos de intercalacioacuten

Sn + xe- + xLi+ lt=gt LixSn x 44 gt900 mAhgSi + xe- + xLi+ lt=gt LixSi x 44 gt4000 mAhg

Problema se necesitan Nano estructuras

Capacidad Praacutectica 330 mAhg

12

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240 50 100 150 50 100 150

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Voltag

e V

vs LiL

i+

Capacity mAhg-1

0 100 200 30000

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100 200 30000

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vs LiL

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iquestY nosotros queacute podemos hacerDesarrollo de nuevos materiales

- Preparacioacuten de materiales- Caracterizacioacuten- Estudios Teoacutericos y Simulaciones

Desarrollo de nuevos materiales- Preparacioacuten de materiales- Caracterizacioacuten- Estudios Teoacutericos y Simulaciones

iquestY nosotros queacute podemos hacer

Metodologiacutea de trabajo Siacutentesis de materiales activos

Caracterizacioacuten estructural y morfoloacutegica

Ensamble de celda y caracterizacioacuten electroquiacutemica

ModeloTeoacuterico

Simulacioacuten Computacional

Anaacutelisis e Interpretacioacuten

Estudios Teoacutericos

Estudios Experimentales

Liacuteneas de trabajo en el LaES

- Desarrollo y caracterizacioacuten de materiales para aacutenodos Basados en Carbono Titanatos de litio Silicio y Estantildeo

- Desarrollo y caracterizacioacuten de materiales para caacutetodos Basados en Azufre

- Simulaciones computacionalesInsercioacuten de iones litio en grafito y titanatos de litioModelado de materiales de carbonos porosos(Dinaacutemica Molecular Teoriacutea DFT Mecaacutenica

Estadiacutestica Montecarlo)

iexclMuchas gracias

laeslabuncgmailcom

Algunos temas de trabajo- Materiales hiacutebridos basados en carbono como electrodos para bateriacuteas de Li

Dra Guillermina Luque

- Agregado de aditivos y modificacioacuten de separadores para mejorar la performance de baterias de litio-azufre Dr Germaacuten Lener Dra Andrea Calderoacuten Dra Victoria Bracamonte

- Construccioacuten y caracterizacioacuten experimental y teoacuterica de dispositivos de conversioacuten fotovoltaica basados en perovskitas de halogenuros organometaacutelicos

Dr Agustiacuten Sigal

- Trabajo experimental y teoacuterico de materiales para electrodos de bateriacuteas azufre-litio y ioacuten-litio

Dr Germaacuten Lener Dr Agustiacuten Sigal

Algunos temas de trabajo- Estudios de la insercioacuten de iones de Li en compuestos de intercalacioacuten utilizados como electrodos de celdas de ion-Li

Dr Eduardo Perassi

- Caacutelculos ab-initio y simulaciones computacionales de sistemas relacionados con bateriacuteas de Litio celdas de combustible y adsorcioacuten sobre superficies Dra Cecilia Gimenez y Dr Luis Reinaudi

- Materiales activos de electrodo basados en oacutexidos de titanio y titanatos de metales alcalinos para su aplicacioacuten como aacutenodos en bateriacuteas de ioacuten-litio

Dr Osvaldo Caacutemara y Dra Fabiana Oliva

- Partiacuteculas aislantes vs partiacuteculas conductoras Efectos de la percolacioacuten en la conduccioacuten eleacutectrica

Dr Patricio Veacutelez

Algunas estrategias de ensamble

pero no solo para

automoacutevileshellip

iquesthogares sutentables

Vectores - Oportunidades = Litio (como bateriacuteas de Litio)

bullBateriacuteas de ion-Li En 2007 se produjeron mundialmente 2500000000 de bateriacuteas de Li

Se proyecta una utilizacioacuten de 20000 t en la fabricacioacuten de bateriacuteas para vehiacuteculos eleacutectricos cuya produccioacuten estimada es de 500000 vehiacuteculos eleacutectricos en 2015 y 15 millones en 2020 Se consumen actualmente 100000 toneladas en el mercado mundial

Ameacuterica Latina concentra entre el 50 y el 80 de las reservas mundiales (Bolivia Chile Argentina)

El Litio es un material no contaminante (en todo caso antidepresivo)

Tecnologiacutea Madura

Bateriacutea de Cinc-Cobre Reacciones Reacutedox

Cu+2 + 2e rarr Cu Reduccioacuten Zn rarr Zn+2 + 2e Oxidacioacuten

Proceso netoCu+2 + Zn rarr Cu + Zn+2 11 Volts

Proceso Electroquiacutemico

Clasificacioacuten General

a)Bateriacuteas productoras de Energiacutea Bateriacuteas ldquoPrimariasrdquo

- Cinc-Carboacuten (comuacuten)- Cinc-Carboacuten Alcalinas- Tipo ldquobotoacutenrdquo (de reloj)

b) Bateriacuteas de almacenamiento de Energiacutea Bateriacuteas ldquoSecundariasrdquo o ldquoRecargablesrdquo

- Plomo-aacutecido- Niacutequel-Cadmio- Niacutequel-Metal hidruro- Litio metaacutelico (en desuso)- Ioacuten-Litio

Utiles como Vectores Energeacuteticos

Un solo uso

Quiacutemica de las Bateriacuteas mas comunes

1) ldquoPilardquo de Leclancheacute o ldquopila secardquo Cinc-carbon (Zn-C)

Zn (metal) pasta de NH4ClndashZnCl2 oacutexido de manganeso + carboacuten grafitoelectrodo (-) electrodo (+)

REACCIONES

Zn Zn2+(ac) + 2 e

ndash Anodo (-)

2 MnO2(s) + 2endash + hellip 2 MnO(OH)(s) + Caacutetodo (+)

Diferencia de Potencial Eleacutectrico

Voltaje 150 Volts

Bateriacuteas ldquoPrimariasrdquo

Aacutenodo de grafitoproceso de cargado

Colector de corriente

Grafeno

Nube de electrones

Bateriacutea de ion-litio

Anodo Construido sobre una laacutemina de Cobre de 10-20 mm de espesor

Caacutetodo Construido sobre una laacutemina de Aluminio de 10-20 mm de espesor

Bateriacutea 18650 37 V 2100 mAh

bullBateriacuteas de ion-Li En 2007 se produjeron mundialmente 2500000000 de bateriacuteas de Li

Se proyecta una utilizacioacuten de 20000 t de Litio en la fabricacioacuten de bateriacuteas para vehiacuteculos eleacutectricos cuya produccioacuten estimada es de 500000 vehiacuteculos eleacutectricos en 2015 y 15 millones en 2020 Se consumen actualmente 100000 toneladas en el mercado mundial

Ameacuterica Latina concentra entre el 50 y el 70 de las reservas mundiales (Bolivia Chile Argentina)

El Li es un material no contaminante(en todo caso antidepresivo)

Tecnologiacutea Madura

Datos Interesantes

Energiacuteas especiacuteficas

Minerales conteniendo Litio

54

Ocurrencia Li en la corteza terrestre 0006 (entre los 27 mas abundantes) Se conocen mas de 150 minerales portadores de Li

Yacimientos Minerales de Pegmatitas Presente en magmas de baja viscosidad Pegmatitas de estructura zonada Se encuentra junto a Casiterita Berilo Apatita Columbita Granate Turmalina Feldespato Cuarzo Micas y otros

Salmueras Naturales Lagos salinos y salares Yacimientos de evaporacioacuten (minerales evaporiacuteticos) Alta solubilidad del Cloruro de Li Zonas aacuteridas

Imagen Nombre Foacutermula de Li2O

Espodumeno Li2O Al2O34SiO2

(PF 37620)804

(37 Li)

Lepidolita Li2AlSi4O10(FOH)(PF 37334)

3 ndash 6(37 Li)

Zinnwaldita KLiFeAl2Si3O10(OHF)(PF 42011)

2 ndash 4(17 Li)

Ambligonita Li Al(FOH)PO4

(PF 14587)101

(48 Li)

Tipos de Minerales

- Explotacioacuten extraccioacuten de aguas subterraacuteneas salinas- Procesamiento - Bombeo de salmueras (conteniendo 300 - 1500 ppm Li+) - Evaporacioacuten y Concentracioacuten de Litio (aprox factor gt10) - Purificacioacuten de salmueras Agregado de Ca(OH)2

separacioacuten de Mg(OH)2 boacuterax sulfatos

- Adicioacuten de Na2CO3 obtencioacuten de Li2CO3

Recuperacioacuten de aprox 90 de Li de la salmuera inicialSubproductos KCl CaSO4 2H2O(yeso) Mg(OH)2 Boacuterax

Obtencioacuten de Litio desde los Salares

Li2CO3

Reservas de Litio a nivel global

Reservas desde salares

Ameacuterica del sur guarda el 75 de las reservas de Litio mundiales

iquestFuturo de las bateriacuteas de Ion-LibullBateriacuteas de litio-aire

iquestFuturo de las bateriacuteas de Ion-LibullBateriacuteas de litio-aire

Algunas conclusiones El almacenamiento de energiacutea hoy juega un rol determinante para reemplazar el petroacuteleo con energiacuteas alternativas

El desarrollo del aacutenodo de grafito significoacute un profundo salto en el desarrollo de las bateriacuteas de litio

Por su versatilidad la bateriacutea de ioacuten-litio puede satisfacer necesidades de requerimientos muy variados

Hoy es posible desarrollar e investigar bateriacuteas de ion-Li en la Argentina

Particularmente en nuestra universidad se estaacute investigando en el disentildeo estudio y preparacioacuten de materiales alternativos para electrodos de estas bateriacuteas

Litio

66

Siacutembolo quiacutemico LiNuacutemero Atoacutemico (Z) 3Elemento perteneciente al Grupo I Metales Alcalinos (1s2 2s1)Peso Atoacutemico 6941 umaEs el elemento metaacutelico maacutes liviano que existe a temperatura ambiente Soacutelido a temperatura ambienteIsoacutetopos 6 Li Abundancia 742 No Radioactivo

7 Li Abundancia 9258 No Radioactivo 5 Li 8 Li 9Li Isoacutetopos artificiales

Estado de Oxidacioacuten 1+ (catioacuten Li+)Radio atoacutemico 0152 nm (metal)Radio ioacutenico (Li+) 0060 nm

Caracteriacuteticas

67

Metal blanco lustre plateado y dureza de 06 (maacutes blando que el plomo) Densidad alrededor de la mitad del aguaEs altamente reactivo y se asemeja al sodio en su comportamiento quiacutemico El Cloruro de Litio es muy soluble en agua Los Carbonatos Fluoruros y Fosfatos de litio son muy poco solubles en agua Reacciona muy raacutepidamente con el aire (O2 y N2) y con agua

Debe ser almacenado sumergido en un liacutequido orgaacutenico (hidrocarburo) como nafta kerosene etc El metal arde fuertemente en aire con llama blanca brillante Las soluciones acuosas de Li+ imparten un color rojo carmesiacute a la llama

Litio y derivadosArbol de Litio

Ton Li 2CO

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Uso proyectado en celulares

Yacimientos de minerales en Argentina

Pegmatitas Sierras Pampeanas San Luis CoacuterdobaSan Juan La Rioja Catamarca Salta Jujuy

Tipos de Minerales Silicatos Espodumeno LiAlSi2O6 (75 a 8 LiO2)

Petalita LiAlSi4O10

Micas Lepidolita K[LiAl]3[AlSi]4O10[FOH]2

Zinwaldita K[LiAlFe]3[AlSi]4O10[FOH]2

Fosfatos Litiofilita (MnLi)PO4

Ambligonita (LiNa)Al(FOH)PO4

Yacimientos en Argentina

Salares y Salmueras NaturalesZona de la Puna Salta Jujuy y Catamarca

Jujuy

Salta

Catamarca

Ambiente de los salares

iquestImpacto en el ambiente

La Negra ChilePlanta

en Salta

- La existencia de costras soacutelidas de sal es soacutelo una caracteriacutestica superficial que estaacute presente en algunos salares pero no es representativa de la complejidad del sistema

- Un salar tiene asociado un cuerpo subterraacuteneo de salmuera que lo alimenta y tiene diferentes lsquofaciesrsquo de sales en profundidad como cloruro de sodio (halita) cloruros y sulfatos de potasio y magnesio y otros sulfatos y carbonatos

Geologiacutea de un Salar

Produccioacuten Global de litio(en metal equivalente)

- La existencia de costras soacutelidas de sal es soacutelo una caracteriacutestica superficial que estaacute presente en algunos salares pero no es representativa de la complejidad del sistema

- Un salar tiene asociado un cuerpo subterraacuteneo de salmuera que lo alimenta y tiene diferentes lsquofaciesrsquo de sales en profundidad como cloruro de sodio (halita) cloruros y sulfatos de potasio y magnesio y otros sulfatos y carbonatos

Geologiacutea de un Salar

Aspectos de relevanciaConsumo y contaminacioacuten de agua impactos en el paisaje introduccioacuten de caminos de exploracioacuten en ecosistemas sensibles instalacioacuten de infraestructura impacto en la flora y fauna de la actividad industrial donde antes no la habiacutea generacioacuten de residuos soacutelidos y quiacutemicos

La salmuera es bombeada mediante perforaciones y luego se la expone al sol para

evaporar el liacutequido y concentrar los componentes de intereacutes La concentracioacuten de litio en las salmueras es baja y variacutea dentro de

cada salar y entre los distintos salares fluctuando entre unas pocas decenas de partes por milloacuten y poco maacutes de mil de acuerdo con

estos valores puede estimarse que por cada tonelada de litio extraiacuteda se evaporan alrededor

de dos millones de litros de agua clara evidencia de que la mineriacutea del litio en salares es

una mineriacutea del agua

iquestA quieacuten impacta

ldquoNo puede ni debe realizarse ninguacuten tipo de actividad minera sin el consentimiento libre previo e informado de las comunidades involucradasrdquo

Y nosotros que podemos hacerDesarrollo de nuevos materialesPreparacioacuten de materiales

CaracterizacioacutenEstudios Teoacutericos

Y nosotros que podemos hacerDesarrollo de nuevos materialesPreparacioacuten de materiales

CaracterizacioacutenEstudios Teoacutericos

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Ambiente de los salares

iquestImpacto en el ambiente

La Negra ChilePlanta

en Salta

Bateriacuteas comerciales de ioacuten-litio

Bateriacutea 18650

Bateriacuteas prismaacuteticas

ldquopackrdquo para notebook

Bateriacutea de ioacuten-litio

Bateriacutea de ioacuten-litio

Anodo Construido sobre una laacutemina de Cobre de 10-20 mm de espesor

Caacutetodo Construido sobre una laacutemina de Aluminio de 10-20 mm de espesor

Bateriacutea 18650 37 V 2100 mAh

Bateriacuteas Recargables de ioacuten Li+ en uso actual

CaacutetodoLiXCoO2

AnodoLiXC6

Solucioacuten de Electrolito Etilen-Carbonato amp Di-Metil Carbonato LiPF6 Voltaje 37 V Densidad de Energiacutea 150 WhKg

CathodeSurface films

AnodeSurface films

D Aurbach et Al Materials Today 2014

Anodos para Bateriacuteas recargables de ioacuten-Li

Li4Ti5O12 + 3Li+ + 3 e- harr Li7Ti5O12

Li1-xC6 + xLi+ + x e- harr LiC6

MX + 2eminus + 2Li+ M + Li2X

MX2 + eminus + Li+ + LiMX2

Insercioacuten

Conversioacuten

Capacidad Praacutectica 160 mAhg

LiC6

LiC12

Grafito

Oxido de Titanio

Anodos importantes en uso Compuestos de intercalacioacuten

Sn + xe- + xLi+ lt=gt LixSn x 44 gt900 mAhgSi + xe- + xLi+ lt=gt LixSi x 44 gt4000 mAhg

Problema se necesitan Nano estructuras

Capacidad Praacutectica 330 mAhg

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iquestY nosotros queacute podemos hacerDesarrollo de nuevos materiales

- Preparacioacuten de materiales- Caracterizacioacuten- Estudios Teoacutericos y Simulaciones

Desarrollo de nuevos materiales- Preparacioacuten de materiales- Caracterizacioacuten- Estudios Teoacutericos y Simulaciones

iquestY nosotros queacute podemos hacer

Metodologiacutea de trabajo Siacutentesis de materiales activos

Caracterizacioacuten estructural y morfoloacutegica

Ensamble de celda y caracterizacioacuten electroquiacutemica

ModeloTeoacuterico

Simulacioacuten Computacional

Anaacutelisis e Interpretacioacuten

Estudios Teoacutericos

Estudios Experimentales

Liacuteneas de trabajo en el LaES

- Desarrollo y caracterizacioacuten de materiales para aacutenodos Basados en Carbono Titanatos de litio Silicio y Estantildeo

- Desarrollo y caracterizacioacuten de materiales para caacutetodos Basados en Azufre

- Simulaciones computacionalesInsercioacuten de iones litio en grafito y titanatos de litioModelado de materiales de carbonos porosos(Dinaacutemica Molecular Teoriacutea DFT Mecaacutenica

Estadiacutestica Montecarlo)

iexclMuchas gracias

laeslabuncgmailcom

Algunos temas de trabajo- Materiales hiacutebridos basados en carbono como electrodos para bateriacuteas de Li

Dra Guillermina Luque

- Agregado de aditivos y modificacioacuten de separadores para mejorar la performance de baterias de litio-azufre Dr Germaacuten Lener Dra Andrea Calderoacuten Dra Victoria Bracamonte

- Construccioacuten y caracterizacioacuten experimental y teoacuterica de dispositivos de conversioacuten fotovoltaica basados en perovskitas de halogenuros organometaacutelicos

Dr Agustiacuten Sigal

- Trabajo experimental y teoacuterico de materiales para electrodos de bateriacuteas azufre-litio y ioacuten-litio

Dr Germaacuten Lener Dr Agustiacuten Sigal

Algunos temas de trabajo- Estudios de la insercioacuten de iones de Li en compuestos de intercalacioacuten utilizados como electrodos de celdas de ion-Li

Dr Eduardo Perassi

- Caacutelculos ab-initio y simulaciones computacionales de sistemas relacionados con bateriacuteas de Litio celdas de combustible y adsorcioacuten sobre superficies Dra Cecilia Gimenez y Dr Luis Reinaudi

- Materiales activos de electrodo basados en oacutexidos de titanio y titanatos de metales alcalinos para su aplicacioacuten como aacutenodos en bateriacuteas de ioacuten-litio

Dr Osvaldo Caacutemara y Dra Fabiana Oliva

- Partiacuteculas aislantes vs partiacuteculas conductoras Efectos de la percolacioacuten en la conduccioacuten eleacutectrica

Dr Patricio Veacutelez

Algunas estrategias de ensamble

pero no solo para

automoacutevileshellip

iquesthogares sutentables

Vectores - Oportunidades = Litio (como bateriacuteas de Litio)

bullBateriacuteas de ion-Li En 2007 se produjeron mundialmente 2500000000 de bateriacuteas de Li

Se proyecta una utilizacioacuten de 20000 t en la fabricacioacuten de bateriacuteas para vehiacuteculos eleacutectricos cuya produccioacuten estimada es de 500000 vehiacuteculos eleacutectricos en 2015 y 15 millones en 2020 Se consumen actualmente 100000 toneladas en el mercado mundial

Ameacuterica Latina concentra entre el 50 y el 80 de las reservas mundiales (Bolivia Chile Argentina)

El Litio es un material no contaminante (en todo caso antidepresivo)

Tecnologiacutea Madura

Bateriacutea de Cinc-Cobre Reacciones Reacutedox

Cu+2 + 2e rarr Cu Reduccioacuten Zn rarr Zn+2 + 2e Oxidacioacuten

Proceso netoCu+2 + Zn rarr Cu + Zn+2 11 Volts

Proceso Electroquiacutemico

Clasificacioacuten General

a)Bateriacuteas productoras de Energiacutea Bateriacuteas ldquoPrimariasrdquo

- Cinc-Carboacuten (comuacuten)- Cinc-Carboacuten Alcalinas- Tipo ldquobotoacutenrdquo (de reloj)

b) Bateriacuteas de almacenamiento de Energiacutea Bateriacuteas ldquoSecundariasrdquo o ldquoRecargablesrdquo

- Plomo-aacutecido- Niacutequel-Cadmio- Niacutequel-Metal hidruro- Litio metaacutelico (en desuso)- Ioacuten-Litio

Utiles como Vectores Energeacuteticos

Un solo uso

Quiacutemica de las Bateriacuteas mas comunes

1) ldquoPilardquo de Leclancheacute o ldquopila secardquo Cinc-carbon (Zn-C)

Zn (metal) pasta de NH4ClndashZnCl2 oacutexido de manganeso + carboacuten grafitoelectrodo (-) electrodo (+)

REACCIONES

Zn Zn2+(ac) + 2 e

ndash Anodo (-)

2 MnO2(s) + 2endash + hellip 2 MnO(OH)(s) + Caacutetodo (+)

Diferencia de Potencial Eleacutectrico

Voltaje 150 Volts

Bateriacuteas ldquoPrimariasrdquo

Aacutenodo de grafitoproceso de cargado

Colector de corriente

Grafeno

Nube de electrones

Bateriacutea de ion-litio

Anodo Construido sobre una laacutemina de Cobre de 10-20 mm de espesor

Caacutetodo Construido sobre una laacutemina de Aluminio de 10-20 mm de espesor

Bateriacutea 18650 37 V 2100 mAh

bullBateriacuteas de ion-Li En 2007 se produjeron mundialmente 2500000000 de bateriacuteas de Li

Se proyecta una utilizacioacuten de 20000 t de Litio en la fabricacioacuten de bateriacuteas para vehiacuteculos eleacutectricos cuya produccioacuten estimada es de 500000 vehiacuteculos eleacutectricos en 2015 y 15 millones en 2020 Se consumen actualmente 100000 toneladas en el mercado mundial

Ameacuterica Latina concentra entre el 50 y el 70 de las reservas mundiales (Bolivia Chile Argentina)

El Li es un material no contaminante(en todo caso antidepresivo)

Tecnologiacutea Madura

Datos Interesantes

Energiacuteas especiacuteficas

Minerales conteniendo Litio

54

Ocurrencia Li en la corteza terrestre 0006 (entre los 27 mas abundantes) Se conocen mas de 150 minerales portadores de Li

Yacimientos Minerales de Pegmatitas Presente en magmas de baja viscosidad Pegmatitas de estructura zonada Se encuentra junto a Casiterita Berilo Apatita Columbita Granate Turmalina Feldespato Cuarzo Micas y otros

Salmueras Naturales Lagos salinos y salares Yacimientos de evaporacioacuten (minerales evaporiacuteticos) Alta solubilidad del Cloruro de Li Zonas aacuteridas

Imagen Nombre Foacutermula de Li2O

Espodumeno Li2O Al2O34SiO2

(PF 37620)804

(37 Li)

Lepidolita Li2AlSi4O10(FOH)(PF 37334)

3 ndash 6(37 Li)

Zinnwaldita KLiFeAl2Si3O10(OHF)(PF 42011)

2 ndash 4(17 Li)

Ambligonita Li Al(FOH)PO4

(PF 14587)101

(48 Li)

Tipos de Minerales

- Explotacioacuten extraccioacuten de aguas subterraacuteneas salinas- Procesamiento - Bombeo de salmueras (conteniendo 300 - 1500 ppm Li+) - Evaporacioacuten y Concentracioacuten de Litio (aprox factor gt10) - Purificacioacuten de salmueras Agregado de Ca(OH)2

separacioacuten de Mg(OH)2 boacuterax sulfatos

- Adicioacuten de Na2CO3 obtencioacuten de Li2CO3

Recuperacioacuten de aprox 90 de Li de la salmuera inicialSubproductos KCl CaSO4 2H2O(yeso) Mg(OH)2 Boacuterax

Obtencioacuten de Litio desde los Salares

Li2CO3

Reservas de Litio a nivel global

Reservas desde salares

Ameacuterica del sur guarda el 75 de las reservas de Litio mundiales

iquestFuturo de las bateriacuteas de Ion-LibullBateriacuteas de litio-aire

iquestFuturo de las bateriacuteas de Ion-LibullBateriacuteas de litio-aire

Algunas conclusiones El almacenamiento de energiacutea hoy juega un rol determinante para reemplazar el petroacuteleo con energiacuteas alternativas

El desarrollo del aacutenodo de grafito significoacute un profundo salto en el desarrollo de las bateriacuteas de litio

Por su versatilidad la bateriacutea de ioacuten-litio puede satisfacer necesidades de requerimientos muy variados

Hoy es posible desarrollar e investigar bateriacuteas de ion-Li en la Argentina

Particularmente en nuestra universidad se estaacute investigando en el disentildeo estudio y preparacioacuten de materiales alternativos para electrodos de estas bateriacuteas

Litio

66

Siacutembolo quiacutemico LiNuacutemero Atoacutemico (Z) 3Elemento perteneciente al Grupo I Metales Alcalinos (1s2 2s1)Peso Atoacutemico 6941 umaEs el elemento metaacutelico maacutes liviano que existe a temperatura ambiente Soacutelido a temperatura ambienteIsoacutetopos 6 Li Abundancia 742 No Radioactivo

7 Li Abundancia 9258 No Radioactivo 5 Li 8 Li 9Li Isoacutetopos artificiales

Estado de Oxidacioacuten 1+ (catioacuten Li+)Radio atoacutemico 0152 nm (metal)Radio ioacutenico (Li+) 0060 nm

Caracteriacuteticas

67

Metal blanco lustre plateado y dureza de 06 (maacutes blando que el plomo) Densidad alrededor de la mitad del aguaEs altamente reactivo y se asemeja al sodio en su comportamiento quiacutemico El Cloruro de Litio es muy soluble en agua Los Carbonatos Fluoruros y Fosfatos de litio son muy poco solubles en agua Reacciona muy raacutepidamente con el aire (O2 y N2) y con agua

Debe ser almacenado sumergido en un liacutequido orgaacutenico (hidrocarburo) como nafta kerosene etc El metal arde fuertemente en aire con llama blanca brillante Las soluciones acuosas de Li+ imparten un color rojo carmesiacute a la llama

Litio y derivadosArbol de Litio

Ton Li 2CO

3

Uso proyectado en celulares

Yacimientos de minerales en Argentina

Pegmatitas Sierras Pampeanas San Luis CoacuterdobaSan Juan La Rioja Catamarca Salta Jujuy

Tipos de Minerales Silicatos Espodumeno LiAlSi2O6 (75 a 8 LiO2)

Petalita LiAlSi4O10

Micas Lepidolita K[LiAl]3[AlSi]4O10[FOH]2

Zinwaldita K[LiAlFe]3[AlSi]4O10[FOH]2

Fosfatos Litiofilita (MnLi)PO4

Ambligonita (LiNa)Al(FOH)PO4

Yacimientos en Argentina

Salares y Salmueras NaturalesZona de la Puna Salta Jujuy y Catamarca

Jujuy

Salta

Catamarca

Ambiente de los salares

iquestImpacto en el ambiente

La Negra ChilePlanta

en Salta

- La existencia de costras soacutelidas de sal es soacutelo una caracteriacutestica superficial que estaacute presente en algunos salares pero no es representativa de la complejidad del sistema

- Un salar tiene asociado un cuerpo subterraacuteneo de salmuera que lo alimenta y tiene diferentes lsquofaciesrsquo de sales en profundidad como cloruro de sodio (halita) cloruros y sulfatos de potasio y magnesio y otros sulfatos y carbonatos

Geologiacutea de un Salar

Produccioacuten Global de litio(en metal equivalente)

- La existencia de costras soacutelidas de sal es soacutelo una caracteriacutestica superficial que estaacute presente en algunos salares pero no es representativa de la complejidad del sistema

- Un salar tiene asociado un cuerpo subterraacuteneo de salmuera que lo alimenta y tiene diferentes lsquofaciesrsquo de sales en profundidad como cloruro de sodio (halita) cloruros y sulfatos de potasio y magnesio y otros sulfatos y carbonatos

Geologiacutea de un Salar

Aspectos de relevanciaConsumo y contaminacioacuten de agua impactos en el paisaje introduccioacuten de caminos de exploracioacuten en ecosistemas sensibles instalacioacuten de infraestructura impacto en la flora y fauna de la actividad industrial donde antes no la habiacutea generacioacuten de residuos soacutelidos y quiacutemicos

La salmuera es bombeada mediante perforaciones y luego se la expone al sol para

evaporar el liacutequido y concentrar los componentes de intereacutes La concentracioacuten de litio en las salmueras es baja y variacutea dentro de

cada salar y entre los distintos salares fluctuando entre unas pocas decenas de partes por milloacuten y poco maacutes de mil de acuerdo con

estos valores puede estimarse que por cada tonelada de litio extraiacuteda se evaporan alrededor

de dos millones de litros de agua clara evidencia de que la mineriacutea del litio en salares es

una mineriacutea del agua

iquestA quieacuten impacta

ldquoNo puede ni debe realizarse ninguacuten tipo de actividad minera sin el consentimiento libre previo e informado de las comunidades involucradasrdquo

Y nosotros que podemos hacerDesarrollo de nuevos materialesPreparacioacuten de materiales

CaracterizacioacutenEstudios Teoacutericos

Y nosotros que podemos hacerDesarrollo de nuevos materialesPreparacioacuten de materiales

CaracterizacioacutenEstudios Teoacutericos

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Page 24: Presentación de PowerPoint - famaf.unc.edu.ar · Oxido de Titanio Anodos importantes en uso Compuestos de intercalación Sn + xe-+ xLi+  Li ... Ensamble de celda y caracterización

iquestImpacto en el ambiente

La Negra ChilePlanta

en Salta

Bateriacuteas comerciales de ioacuten-litio

Bateriacutea 18650

Bateriacuteas prismaacuteticas

ldquopackrdquo para notebook

Bateriacutea de ioacuten-litio

Bateriacutea de ioacuten-litio

Anodo Construido sobre una laacutemina de Cobre de 10-20 mm de espesor

Caacutetodo Construido sobre una laacutemina de Aluminio de 10-20 mm de espesor

Bateriacutea 18650 37 V 2100 mAh

Bateriacuteas Recargables de ioacuten Li+ en uso actual

CaacutetodoLiXCoO2

AnodoLiXC6

Solucioacuten de Electrolito Etilen-Carbonato amp Di-Metil Carbonato LiPF6 Voltaje 37 V Densidad de Energiacutea 150 WhKg

CathodeSurface films

AnodeSurface films

D Aurbach et Al Materials Today 2014

Anodos para Bateriacuteas recargables de ioacuten-Li

Li4Ti5O12 + 3Li+ + 3 e- harr Li7Ti5O12

Li1-xC6 + xLi+ + x e- harr LiC6

MX + 2eminus + 2Li+ M + Li2X

MX2 + eminus + Li+ + LiMX2

Insercioacuten

Conversioacuten

Capacidad Praacutectica 160 mAhg

LiC6

LiC12

Grafito

Oxido de Titanio

Anodos importantes en uso Compuestos de intercalacioacuten

Sn + xe- + xLi+ lt=gt LixSn x 44 gt900 mAhgSi + xe- + xLi+ lt=gt LixSi x 44 gt4000 mAhg

Problema se necesitan Nano estructuras

Capacidad Praacutectica 330 mAhg

12

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240 50 100 150 50 100 150

12

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Voltag

e V

vs LiL

i+

Capacity mAhg-1

0 100 200 30000

04

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100 200 30000

04

08

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Voltag

e V

vs LiL

i+

Capacity mAhg-1

iquestY nosotros queacute podemos hacerDesarrollo de nuevos materiales

- Preparacioacuten de materiales- Caracterizacioacuten- Estudios Teoacutericos y Simulaciones

Desarrollo de nuevos materiales- Preparacioacuten de materiales- Caracterizacioacuten- Estudios Teoacutericos y Simulaciones

iquestY nosotros queacute podemos hacer

Metodologiacutea de trabajo Siacutentesis de materiales activos

Caracterizacioacuten estructural y morfoloacutegica

Ensamble de celda y caracterizacioacuten electroquiacutemica

ModeloTeoacuterico

Simulacioacuten Computacional

Anaacutelisis e Interpretacioacuten

Estudios Teoacutericos

Estudios Experimentales

Liacuteneas de trabajo en el LaES

- Desarrollo y caracterizacioacuten de materiales para aacutenodos Basados en Carbono Titanatos de litio Silicio y Estantildeo

- Desarrollo y caracterizacioacuten de materiales para caacutetodos Basados en Azufre

- Simulaciones computacionalesInsercioacuten de iones litio en grafito y titanatos de litioModelado de materiales de carbonos porosos(Dinaacutemica Molecular Teoriacutea DFT Mecaacutenica

Estadiacutestica Montecarlo)

iexclMuchas gracias

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Algunos temas de trabajo- Materiales hiacutebridos basados en carbono como electrodos para bateriacuteas de Li

Dra Guillermina Luque

- Agregado de aditivos y modificacioacuten de separadores para mejorar la performance de baterias de litio-azufre Dr Germaacuten Lener Dra Andrea Calderoacuten Dra Victoria Bracamonte

- Construccioacuten y caracterizacioacuten experimental y teoacuterica de dispositivos de conversioacuten fotovoltaica basados en perovskitas de halogenuros organometaacutelicos

Dr Agustiacuten Sigal

- Trabajo experimental y teoacuterico de materiales para electrodos de bateriacuteas azufre-litio y ioacuten-litio

Dr Germaacuten Lener Dr Agustiacuten Sigal

Algunos temas de trabajo- Estudios de la insercioacuten de iones de Li en compuestos de intercalacioacuten utilizados como electrodos de celdas de ion-Li

Dr Eduardo Perassi

- Caacutelculos ab-initio y simulaciones computacionales de sistemas relacionados con bateriacuteas de Litio celdas de combustible y adsorcioacuten sobre superficies Dra Cecilia Gimenez y Dr Luis Reinaudi

- Materiales activos de electrodo basados en oacutexidos de titanio y titanatos de metales alcalinos para su aplicacioacuten como aacutenodos en bateriacuteas de ioacuten-litio

Dr Osvaldo Caacutemara y Dra Fabiana Oliva

- Partiacuteculas aislantes vs partiacuteculas conductoras Efectos de la percolacioacuten en la conduccioacuten eleacutectrica

Dr Patricio Veacutelez

Algunas estrategias de ensamble

pero no solo para

automoacutevileshellip

iquesthogares sutentables

Vectores - Oportunidades = Litio (como bateriacuteas de Litio)

bullBateriacuteas de ion-Li En 2007 se produjeron mundialmente 2500000000 de bateriacuteas de Li

Se proyecta una utilizacioacuten de 20000 t en la fabricacioacuten de bateriacuteas para vehiacuteculos eleacutectricos cuya produccioacuten estimada es de 500000 vehiacuteculos eleacutectricos en 2015 y 15 millones en 2020 Se consumen actualmente 100000 toneladas en el mercado mundial

Ameacuterica Latina concentra entre el 50 y el 80 de las reservas mundiales (Bolivia Chile Argentina)

El Litio es un material no contaminante (en todo caso antidepresivo)

Tecnologiacutea Madura

Bateriacutea de Cinc-Cobre Reacciones Reacutedox

Cu+2 + 2e rarr Cu Reduccioacuten Zn rarr Zn+2 + 2e Oxidacioacuten

Proceso netoCu+2 + Zn rarr Cu + Zn+2 11 Volts

Proceso Electroquiacutemico

Clasificacioacuten General

a)Bateriacuteas productoras de Energiacutea Bateriacuteas ldquoPrimariasrdquo

- Cinc-Carboacuten (comuacuten)- Cinc-Carboacuten Alcalinas- Tipo ldquobotoacutenrdquo (de reloj)

b) Bateriacuteas de almacenamiento de Energiacutea Bateriacuteas ldquoSecundariasrdquo o ldquoRecargablesrdquo

- Plomo-aacutecido- Niacutequel-Cadmio- Niacutequel-Metal hidruro- Litio metaacutelico (en desuso)- Ioacuten-Litio

Utiles como Vectores Energeacuteticos

Un solo uso

Quiacutemica de las Bateriacuteas mas comunes

1) ldquoPilardquo de Leclancheacute o ldquopila secardquo Cinc-carbon (Zn-C)

Zn (metal) pasta de NH4ClndashZnCl2 oacutexido de manganeso + carboacuten grafitoelectrodo (-) electrodo (+)

REACCIONES

Zn Zn2+(ac) + 2 e

ndash Anodo (-)

2 MnO2(s) + 2endash + hellip 2 MnO(OH)(s) + Caacutetodo (+)

Diferencia de Potencial Eleacutectrico

Voltaje 150 Volts

Bateriacuteas ldquoPrimariasrdquo

Aacutenodo de grafitoproceso de cargado

Colector de corriente

Grafeno

Nube de electrones

Bateriacutea de ion-litio

Anodo Construido sobre una laacutemina de Cobre de 10-20 mm de espesor

Caacutetodo Construido sobre una laacutemina de Aluminio de 10-20 mm de espesor

Bateriacutea 18650 37 V 2100 mAh

bullBateriacuteas de ion-Li En 2007 se produjeron mundialmente 2500000000 de bateriacuteas de Li

Se proyecta una utilizacioacuten de 20000 t de Litio en la fabricacioacuten de bateriacuteas para vehiacuteculos eleacutectricos cuya produccioacuten estimada es de 500000 vehiacuteculos eleacutectricos en 2015 y 15 millones en 2020 Se consumen actualmente 100000 toneladas en el mercado mundial

Ameacuterica Latina concentra entre el 50 y el 70 de las reservas mundiales (Bolivia Chile Argentina)

El Li es un material no contaminante(en todo caso antidepresivo)

Tecnologiacutea Madura

Datos Interesantes

Energiacuteas especiacuteficas

Minerales conteniendo Litio

54

Ocurrencia Li en la corteza terrestre 0006 (entre los 27 mas abundantes) Se conocen mas de 150 minerales portadores de Li

Yacimientos Minerales de Pegmatitas Presente en magmas de baja viscosidad Pegmatitas de estructura zonada Se encuentra junto a Casiterita Berilo Apatita Columbita Granate Turmalina Feldespato Cuarzo Micas y otros

Salmueras Naturales Lagos salinos y salares Yacimientos de evaporacioacuten (minerales evaporiacuteticos) Alta solubilidad del Cloruro de Li Zonas aacuteridas

Imagen Nombre Foacutermula de Li2O

Espodumeno Li2O Al2O34SiO2

(PF 37620)804

(37 Li)

Lepidolita Li2AlSi4O10(FOH)(PF 37334)

3 ndash 6(37 Li)

Zinnwaldita KLiFeAl2Si3O10(OHF)(PF 42011)

2 ndash 4(17 Li)

Ambligonita Li Al(FOH)PO4

(PF 14587)101

(48 Li)

Tipos de Minerales

- Explotacioacuten extraccioacuten de aguas subterraacuteneas salinas- Procesamiento - Bombeo de salmueras (conteniendo 300 - 1500 ppm Li+) - Evaporacioacuten y Concentracioacuten de Litio (aprox factor gt10) - Purificacioacuten de salmueras Agregado de Ca(OH)2

separacioacuten de Mg(OH)2 boacuterax sulfatos

- Adicioacuten de Na2CO3 obtencioacuten de Li2CO3

Recuperacioacuten de aprox 90 de Li de la salmuera inicialSubproductos KCl CaSO4 2H2O(yeso) Mg(OH)2 Boacuterax

Obtencioacuten de Litio desde los Salares

Li2CO3

Reservas de Litio a nivel global

Reservas desde salares

Ameacuterica del sur guarda el 75 de las reservas de Litio mundiales

iquestFuturo de las bateriacuteas de Ion-LibullBateriacuteas de litio-aire

iquestFuturo de las bateriacuteas de Ion-LibullBateriacuteas de litio-aire

Algunas conclusiones El almacenamiento de energiacutea hoy juega un rol determinante para reemplazar el petroacuteleo con energiacuteas alternativas

El desarrollo del aacutenodo de grafito significoacute un profundo salto en el desarrollo de las bateriacuteas de litio

Por su versatilidad la bateriacutea de ioacuten-litio puede satisfacer necesidades de requerimientos muy variados

Hoy es posible desarrollar e investigar bateriacuteas de ion-Li en la Argentina

Particularmente en nuestra universidad se estaacute investigando en el disentildeo estudio y preparacioacuten de materiales alternativos para electrodos de estas bateriacuteas

Litio

66

Siacutembolo quiacutemico LiNuacutemero Atoacutemico (Z) 3Elemento perteneciente al Grupo I Metales Alcalinos (1s2 2s1)Peso Atoacutemico 6941 umaEs el elemento metaacutelico maacutes liviano que existe a temperatura ambiente Soacutelido a temperatura ambienteIsoacutetopos 6 Li Abundancia 742 No Radioactivo

7 Li Abundancia 9258 No Radioactivo 5 Li 8 Li 9Li Isoacutetopos artificiales

Estado de Oxidacioacuten 1+ (catioacuten Li+)Radio atoacutemico 0152 nm (metal)Radio ioacutenico (Li+) 0060 nm

Caracteriacuteticas

67

Metal blanco lustre plateado y dureza de 06 (maacutes blando que el plomo) Densidad alrededor de la mitad del aguaEs altamente reactivo y se asemeja al sodio en su comportamiento quiacutemico El Cloruro de Litio es muy soluble en agua Los Carbonatos Fluoruros y Fosfatos de litio son muy poco solubles en agua Reacciona muy raacutepidamente con el aire (O2 y N2) y con agua

Debe ser almacenado sumergido en un liacutequido orgaacutenico (hidrocarburo) como nafta kerosene etc El metal arde fuertemente en aire con llama blanca brillante Las soluciones acuosas de Li+ imparten un color rojo carmesiacute a la llama

Litio y derivadosArbol de Litio

Ton Li 2CO

3

Uso proyectado en celulares

Yacimientos de minerales en Argentina

Pegmatitas Sierras Pampeanas San Luis CoacuterdobaSan Juan La Rioja Catamarca Salta Jujuy

Tipos de Minerales Silicatos Espodumeno LiAlSi2O6 (75 a 8 LiO2)

Petalita LiAlSi4O10

Micas Lepidolita K[LiAl]3[AlSi]4O10[FOH]2

Zinwaldita K[LiAlFe]3[AlSi]4O10[FOH]2

Fosfatos Litiofilita (MnLi)PO4

Ambligonita (LiNa)Al(FOH)PO4

Yacimientos en Argentina

Salares y Salmueras NaturalesZona de la Puna Salta Jujuy y Catamarca

Jujuy

Salta

Catamarca

Ambiente de los salares

iquestImpacto en el ambiente

La Negra ChilePlanta

en Salta

- La existencia de costras soacutelidas de sal es soacutelo una caracteriacutestica superficial que estaacute presente en algunos salares pero no es representativa de la complejidad del sistema

- Un salar tiene asociado un cuerpo subterraacuteneo de salmuera que lo alimenta y tiene diferentes lsquofaciesrsquo de sales en profundidad como cloruro de sodio (halita) cloruros y sulfatos de potasio y magnesio y otros sulfatos y carbonatos

Geologiacutea de un Salar

Produccioacuten Global de litio(en metal equivalente)

- La existencia de costras soacutelidas de sal es soacutelo una caracteriacutestica superficial que estaacute presente en algunos salares pero no es representativa de la complejidad del sistema

- Un salar tiene asociado un cuerpo subterraacuteneo de salmuera que lo alimenta y tiene diferentes lsquofaciesrsquo de sales en profundidad como cloruro de sodio (halita) cloruros y sulfatos de potasio y magnesio y otros sulfatos y carbonatos

Geologiacutea de un Salar

Aspectos de relevanciaConsumo y contaminacioacuten de agua impactos en el paisaje introduccioacuten de caminos de exploracioacuten en ecosistemas sensibles instalacioacuten de infraestructura impacto en la flora y fauna de la actividad industrial donde antes no la habiacutea generacioacuten de residuos soacutelidos y quiacutemicos

La salmuera es bombeada mediante perforaciones y luego se la expone al sol para

evaporar el liacutequido y concentrar los componentes de intereacutes La concentracioacuten de litio en las salmueras es baja y variacutea dentro de

cada salar y entre los distintos salares fluctuando entre unas pocas decenas de partes por milloacuten y poco maacutes de mil de acuerdo con

estos valores puede estimarse que por cada tonelada de litio extraiacuteda se evaporan alrededor

de dos millones de litros de agua clara evidencia de que la mineriacutea del litio en salares es

una mineriacutea del agua

iquestA quieacuten impacta

ldquoNo puede ni debe realizarse ninguacuten tipo de actividad minera sin el consentimiento libre previo e informado de las comunidades involucradasrdquo

Y nosotros que podemos hacerDesarrollo de nuevos materialesPreparacioacuten de materiales

CaracterizacioacutenEstudios Teoacutericos

Y nosotros que podemos hacerDesarrollo de nuevos materialesPreparacioacuten de materiales

CaracterizacioacutenEstudios Teoacutericos

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Page 25: Presentación de PowerPoint - famaf.unc.edu.ar · Oxido de Titanio Anodos importantes en uso Compuestos de intercalación Sn + xe-+ xLi+  Li ... Ensamble de celda y caracterización

La Negra ChilePlanta

en Salta

Bateriacuteas comerciales de ioacuten-litio

Bateriacutea 18650

Bateriacuteas prismaacuteticas

ldquopackrdquo para notebook

Bateriacutea de ioacuten-litio

Bateriacutea de ioacuten-litio

Anodo Construido sobre una laacutemina de Cobre de 10-20 mm de espesor

Caacutetodo Construido sobre una laacutemina de Aluminio de 10-20 mm de espesor

Bateriacutea 18650 37 V 2100 mAh

Bateriacuteas Recargables de ioacuten Li+ en uso actual

CaacutetodoLiXCoO2

AnodoLiXC6

Solucioacuten de Electrolito Etilen-Carbonato amp Di-Metil Carbonato LiPF6 Voltaje 37 V Densidad de Energiacutea 150 WhKg

CathodeSurface films

AnodeSurface films

D Aurbach et Al Materials Today 2014

Anodos para Bateriacuteas recargables de ioacuten-Li

Li4Ti5O12 + 3Li+ + 3 e- harr Li7Ti5O12

Li1-xC6 + xLi+ + x e- harr LiC6

MX + 2eminus + 2Li+ M + Li2X

MX2 + eminus + Li+ + LiMX2

Insercioacuten

Conversioacuten

Capacidad Praacutectica 160 mAhg

LiC6

LiC12

Grafito

Oxido de Titanio

Anodos importantes en uso Compuestos de intercalacioacuten

Sn + xe- + xLi+ lt=gt LixSn x 44 gt900 mAhgSi + xe- + xLi+ lt=gt LixSi x 44 gt4000 mAhg

Problema se necesitan Nano estructuras

Capacidad Praacutectica 330 mAhg

12

16

20

240 50 100 150 50 100 150

12

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24

Voltag

e V

vs LiL

i+

Capacity mAhg-1

0 100 200 30000

04

08

12

100 200 30000

04

08

12

Voltag

e V

vs LiL

i+

Capacity mAhg-1

iquestY nosotros queacute podemos hacerDesarrollo de nuevos materiales

- Preparacioacuten de materiales- Caracterizacioacuten- Estudios Teoacutericos y Simulaciones

Desarrollo de nuevos materiales- Preparacioacuten de materiales- Caracterizacioacuten- Estudios Teoacutericos y Simulaciones

iquestY nosotros queacute podemos hacer

Metodologiacutea de trabajo Siacutentesis de materiales activos

Caracterizacioacuten estructural y morfoloacutegica

Ensamble de celda y caracterizacioacuten electroquiacutemica

ModeloTeoacuterico

Simulacioacuten Computacional

Anaacutelisis e Interpretacioacuten

Estudios Teoacutericos

Estudios Experimentales

Liacuteneas de trabajo en el LaES

- Desarrollo y caracterizacioacuten de materiales para aacutenodos Basados en Carbono Titanatos de litio Silicio y Estantildeo

- Desarrollo y caracterizacioacuten de materiales para caacutetodos Basados en Azufre

- Simulaciones computacionalesInsercioacuten de iones litio en grafito y titanatos de litioModelado de materiales de carbonos porosos(Dinaacutemica Molecular Teoriacutea DFT Mecaacutenica

Estadiacutestica Montecarlo)

iexclMuchas gracias

laeslabuncgmailcom

Algunos temas de trabajo- Materiales hiacutebridos basados en carbono como electrodos para bateriacuteas de Li

Dra Guillermina Luque

- Agregado de aditivos y modificacioacuten de separadores para mejorar la performance de baterias de litio-azufre Dr Germaacuten Lener Dra Andrea Calderoacuten Dra Victoria Bracamonte

- Construccioacuten y caracterizacioacuten experimental y teoacuterica de dispositivos de conversioacuten fotovoltaica basados en perovskitas de halogenuros organometaacutelicos

Dr Agustiacuten Sigal

- Trabajo experimental y teoacuterico de materiales para electrodos de bateriacuteas azufre-litio y ioacuten-litio

Dr Germaacuten Lener Dr Agustiacuten Sigal

Algunos temas de trabajo- Estudios de la insercioacuten de iones de Li en compuestos de intercalacioacuten utilizados como electrodos de celdas de ion-Li

Dr Eduardo Perassi

- Caacutelculos ab-initio y simulaciones computacionales de sistemas relacionados con bateriacuteas de Litio celdas de combustible y adsorcioacuten sobre superficies Dra Cecilia Gimenez y Dr Luis Reinaudi

- Materiales activos de electrodo basados en oacutexidos de titanio y titanatos de metales alcalinos para su aplicacioacuten como aacutenodos en bateriacuteas de ioacuten-litio

Dr Osvaldo Caacutemara y Dra Fabiana Oliva

- Partiacuteculas aislantes vs partiacuteculas conductoras Efectos de la percolacioacuten en la conduccioacuten eleacutectrica

Dr Patricio Veacutelez

Algunas estrategias de ensamble

pero no solo para

automoacutevileshellip

iquesthogares sutentables

Vectores - Oportunidades = Litio (como bateriacuteas de Litio)

bullBateriacuteas de ion-Li En 2007 se produjeron mundialmente 2500000000 de bateriacuteas de Li

Se proyecta una utilizacioacuten de 20000 t en la fabricacioacuten de bateriacuteas para vehiacuteculos eleacutectricos cuya produccioacuten estimada es de 500000 vehiacuteculos eleacutectricos en 2015 y 15 millones en 2020 Se consumen actualmente 100000 toneladas en el mercado mundial

Ameacuterica Latina concentra entre el 50 y el 80 de las reservas mundiales (Bolivia Chile Argentina)

El Litio es un material no contaminante (en todo caso antidepresivo)

Tecnologiacutea Madura

Bateriacutea de Cinc-Cobre Reacciones Reacutedox

Cu+2 + 2e rarr Cu Reduccioacuten Zn rarr Zn+2 + 2e Oxidacioacuten

Proceso netoCu+2 + Zn rarr Cu + Zn+2 11 Volts

Proceso Electroquiacutemico

Clasificacioacuten General

a)Bateriacuteas productoras de Energiacutea Bateriacuteas ldquoPrimariasrdquo

- Cinc-Carboacuten (comuacuten)- Cinc-Carboacuten Alcalinas- Tipo ldquobotoacutenrdquo (de reloj)

b) Bateriacuteas de almacenamiento de Energiacutea Bateriacuteas ldquoSecundariasrdquo o ldquoRecargablesrdquo

- Plomo-aacutecido- Niacutequel-Cadmio- Niacutequel-Metal hidruro- Litio metaacutelico (en desuso)- Ioacuten-Litio

Utiles como Vectores Energeacuteticos

Un solo uso

Quiacutemica de las Bateriacuteas mas comunes

1) ldquoPilardquo de Leclancheacute o ldquopila secardquo Cinc-carbon (Zn-C)

Zn (metal) pasta de NH4ClndashZnCl2 oacutexido de manganeso + carboacuten grafitoelectrodo (-) electrodo (+)

REACCIONES

Zn Zn2+(ac) + 2 e

ndash Anodo (-)

2 MnO2(s) + 2endash + hellip 2 MnO(OH)(s) + Caacutetodo (+)

Diferencia de Potencial Eleacutectrico

Voltaje 150 Volts

Bateriacuteas ldquoPrimariasrdquo

Aacutenodo de grafitoproceso de cargado

Colector de corriente

Grafeno

Nube de electrones

Bateriacutea de ion-litio

Anodo Construido sobre una laacutemina de Cobre de 10-20 mm de espesor

Caacutetodo Construido sobre una laacutemina de Aluminio de 10-20 mm de espesor

Bateriacutea 18650 37 V 2100 mAh

bullBateriacuteas de ion-Li En 2007 se produjeron mundialmente 2500000000 de bateriacuteas de Li

Se proyecta una utilizacioacuten de 20000 t de Litio en la fabricacioacuten de bateriacuteas para vehiacuteculos eleacutectricos cuya produccioacuten estimada es de 500000 vehiacuteculos eleacutectricos en 2015 y 15 millones en 2020 Se consumen actualmente 100000 toneladas en el mercado mundial

Ameacuterica Latina concentra entre el 50 y el 70 de las reservas mundiales (Bolivia Chile Argentina)

El Li es un material no contaminante(en todo caso antidepresivo)

Tecnologiacutea Madura

Datos Interesantes

Energiacuteas especiacuteficas

Minerales conteniendo Litio

54

Ocurrencia Li en la corteza terrestre 0006 (entre los 27 mas abundantes) Se conocen mas de 150 minerales portadores de Li

Yacimientos Minerales de Pegmatitas Presente en magmas de baja viscosidad Pegmatitas de estructura zonada Se encuentra junto a Casiterita Berilo Apatita Columbita Granate Turmalina Feldespato Cuarzo Micas y otros

Salmueras Naturales Lagos salinos y salares Yacimientos de evaporacioacuten (minerales evaporiacuteticos) Alta solubilidad del Cloruro de Li Zonas aacuteridas

Imagen Nombre Foacutermula de Li2O

Espodumeno Li2O Al2O34SiO2

(PF 37620)804

(37 Li)

Lepidolita Li2AlSi4O10(FOH)(PF 37334)

3 ndash 6(37 Li)

Zinnwaldita KLiFeAl2Si3O10(OHF)(PF 42011)

2 ndash 4(17 Li)

Ambligonita Li Al(FOH)PO4

(PF 14587)101

(48 Li)

Tipos de Minerales

- Explotacioacuten extraccioacuten de aguas subterraacuteneas salinas- Procesamiento - Bombeo de salmueras (conteniendo 300 - 1500 ppm Li+) - Evaporacioacuten y Concentracioacuten de Litio (aprox factor gt10) - Purificacioacuten de salmueras Agregado de Ca(OH)2

separacioacuten de Mg(OH)2 boacuterax sulfatos

- Adicioacuten de Na2CO3 obtencioacuten de Li2CO3

Recuperacioacuten de aprox 90 de Li de la salmuera inicialSubproductos KCl CaSO4 2H2O(yeso) Mg(OH)2 Boacuterax

Obtencioacuten de Litio desde los Salares

Li2CO3

Reservas de Litio a nivel global

Reservas desde salares

Ameacuterica del sur guarda el 75 de las reservas de Litio mundiales

iquestFuturo de las bateriacuteas de Ion-LibullBateriacuteas de litio-aire

iquestFuturo de las bateriacuteas de Ion-LibullBateriacuteas de litio-aire

Algunas conclusiones El almacenamiento de energiacutea hoy juega un rol determinante para reemplazar el petroacuteleo con energiacuteas alternativas

El desarrollo del aacutenodo de grafito significoacute un profundo salto en el desarrollo de las bateriacuteas de litio

Por su versatilidad la bateriacutea de ioacuten-litio puede satisfacer necesidades de requerimientos muy variados

Hoy es posible desarrollar e investigar bateriacuteas de ion-Li en la Argentina

Particularmente en nuestra universidad se estaacute investigando en el disentildeo estudio y preparacioacuten de materiales alternativos para electrodos de estas bateriacuteas

Litio

66

Siacutembolo quiacutemico LiNuacutemero Atoacutemico (Z) 3Elemento perteneciente al Grupo I Metales Alcalinos (1s2 2s1)Peso Atoacutemico 6941 umaEs el elemento metaacutelico maacutes liviano que existe a temperatura ambiente Soacutelido a temperatura ambienteIsoacutetopos 6 Li Abundancia 742 No Radioactivo

7 Li Abundancia 9258 No Radioactivo 5 Li 8 Li 9Li Isoacutetopos artificiales

Estado de Oxidacioacuten 1+ (catioacuten Li+)Radio atoacutemico 0152 nm (metal)Radio ioacutenico (Li+) 0060 nm

Caracteriacuteticas

67

Metal blanco lustre plateado y dureza de 06 (maacutes blando que el plomo) Densidad alrededor de la mitad del aguaEs altamente reactivo y se asemeja al sodio en su comportamiento quiacutemico El Cloruro de Litio es muy soluble en agua Los Carbonatos Fluoruros y Fosfatos de litio son muy poco solubles en agua Reacciona muy raacutepidamente con el aire (O2 y N2) y con agua

Debe ser almacenado sumergido en un liacutequido orgaacutenico (hidrocarburo) como nafta kerosene etc El metal arde fuertemente en aire con llama blanca brillante Las soluciones acuosas de Li+ imparten un color rojo carmesiacute a la llama

Litio y derivadosArbol de Litio

Ton Li 2CO

3

Uso proyectado en celulares

Yacimientos de minerales en Argentina

Pegmatitas Sierras Pampeanas San Luis CoacuterdobaSan Juan La Rioja Catamarca Salta Jujuy

Tipos de Minerales Silicatos Espodumeno LiAlSi2O6 (75 a 8 LiO2)

Petalita LiAlSi4O10

Micas Lepidolita K[LiAl]3[AlSi]4O10[FOH]2

Zinwaldita K[LiAlFe]3[AlSi]4O10[FOH]2

Fosfatos Litiofilita (MnLi)PO4

Ambligonita (LiNa)Al(FOH)PO4

Yacimientos en Argentina

Salares y Salmueras NaturalesZona de la Puna Salta Jujuy y Catamarca

Jujuy

Salta

Catamarca

Ambiente de los salares

iquestImpacto en el ambiente

La Negra ChilePlanta

en Salta

- La existencia de costras soacutelidas de sal es soacutelo una caracteriacutestica superficial que estaacute presente en algunos salares pero no es representativa de la complejidad del sistema

- Un salar tiene asociado un cuerpo subterraacuteneo de salmuera que lo alimenta y tiene diferentes lsquofaciesrsquo de sales en profundidad como cloruro de sodio (halita) cloruros y sulfatos de potasio y magnesio y otros sulfatos y carbonatos

Geologiacutea de un Salar

Produccioacuten Global de litio(en metal equivalente)

- La existencia de costras soacutelidas de sal es soacutelo una caracteriacutestica superficial que estaacute presente en algunos salares pero no es representativa de la complejidad del sistema

- Un salar tiene asociado un cuerpo subterraacuteneo de salmuera que lo alimenta y tiene diferentes lsquofaciesrsquo de sales en profundidad como cloruro de sodio (halita) cloruros y sulfatos de potasio y magnesio y otros sulfatos y carbonatos

Geologiacutea de un Salar

Aspectos de relevanciaConsumo y contaminacioacuten de agua impactos en el paisaje introduccioacuten de caminos de exploracioacuten en ecosistemas sensibles instalacioacuten de infraestructura impacto en la flora y fauna de la actividad industrial donde antes no la habiacutea generacioacuten de residuos soacutelidos y quiacutemicos

La salmuera es bombeada mediante perforaciones y luego se la expone al sol para

evaporar el liacutequido y concentrar los componentes de intereacutes La concentracioacuten de litio en las salmueras es baja y variacutea dentro de

cada salar y entre los distintos salares fluctuando entre unas pocas decenas de partes por milloacuten y poco maacutes de mil de acuerdo con

estos valores puede estimarse que por cada tonelada de litio extraiacuteda se evaporan alrededor

de dos millones de litros de agua clara evidencia de que la mineriacutea del litio en salares es

una mineriacutea del agua

iquestA quieacuten impacta

ldquoNo puede ni debe realizarse ninguacuten tipo de actividad minera sin el consentimiento libre previo e informado de las comunidades involucradasrdquo

Y nosotros que podemos hacerDesarrollo de nuevos materialesPreparacioacuten de materiales

CaracterizacioacutenEstudios Teoacutericos

Y nosotros que podemos hacerDesarrollo de nuevos materialesPreparacioacuten de materiales

CaracterizacioacutenEstudios Teoacutericos

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Bateriacuteas comerciales de ioacuten-litio

Bateriacutea 18650

Bateriacuteas prismaacuteticas

ldquopackrdquo para notebook

Bateriacutea de ioacuten-litio

Bateriacutea de ioacuten-litio

Anodo Construido sobre una laacutemina de Cobre de 10-20 mm de espesor

Caacutetodo Construido sobre una laacutemina de Aluminio de 10-20 mm de espesor

Bateriacutea 18650 37 V 2100 mAh

Bateriacuteas Recargables de ioacuten Li+ en uso actual

CaacutetodoLiXCoO2

AnodoLiXC6

Solucioacuten de Electrolito Etilen-Carbonato amp Di-Metil Carbonato LiPF6 Voltaje 37 V Densidad de Energiacutea 150 WhKg

CathodeSurface films

AnodeSurface films

D Aurbach et Al Materials Today 2014

Anodos para Bateriacuteas recargables de ioacuten-Li

Li4Ti5O12 + 3Li+ + 3 e- harr Li7Ti5O12

Li1-xC6 + xLi+ + x e- harr LiC6

MX + 2eminus + 2Li+ M + Li2X

MX2 + eminus + Li+ + LiMX2

Insercioacuten

Conversioacuten

Capacidad Praacutectica 160 mAhg

LiC6

LiC12

Grafito

Oxido de Titanio

Anodos importantes en uso Compuestos de intercalacioacuten

Sn + xe- + xLi+ lt=gt LixSn x 44 gt900 mAhgSi + xe- + xLi+ lt=gt LixSi x 44 gt4000 mAhg

Problema se necesitan Nano estructuras

Capacidad Praacutectica 330 mAhg

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Voltag

e V

vs LiL

i+

Capacity mAhg-1

0 100 200 30000

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100 200 30000

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Voltag

e V

vs LiL

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iquestY nosotros queacute podemos hacerDesarrollo de nuevos materiales

- Preparacioacuten de materiales- Caracterizacioacuten- Estudios Teoacutericos y Simulaciones

Desarrollo de nuevos materiales- Preparacioacuten de materiales- Caracterizacioacuten- Estudios Teoacutericos y Simulaciones

iquestY nosotros queacute podemos hacer

Metodologiacutea de trabajo Siacutentesis de materiales activos

Caracterizacioacuten estructural y morfoloacutegica

Ensamble de celda y caracterizacioacuten electroquiacutemica

ModeloTeoacuterico

Simulacioacuten Computacional

Anaacutelisis e Interpretacioacuten

Estudios Teoacutericos

Estudios Experimentales

Liacuteneas de trabajo en el LaES

- Desarrollo y caracterizacioacuten de materiales para aacutenodos Basados en Carbono Titanatos de litio Silicio y Estantildeo

- Desarrollo y caracterizacioacuten de materiales para caacutetodos Basados en Azufre

- Simulaciones computacionalesInsercioacuten de iones litio en grafito y titanatos de litioModelado de materiales de carbonos porosos(Dinaacutemica Molecular Teoriacutea DFT Mecaacutenica

Estadiacutestica Montecarlo)

iexclMuchas gracias

laeslabuncgmailcom

Algunos temas de trabajo- Materiales hiacutebridos basados en carbono como electrodos para bateriacuteas de Li

Dra Guillermina Luque

- Agregado de aditivos y modificacioacuten de separadores para mejorar la performance de baterias de litio-azufre Dr Germaacuten Lener Dra Andrea Calderoacuten Dra Victoria Bracamonte

- Construccioacuten y caracterizacioacuten experimental y teoacuterica de dispositivos de conversioacuten fotovoltaica basados en perovskitas de halogenuros organometaacutelicos

Dr Agustiacuten Sigal

- Trabajo experimental y teoacuterico de materiales para electrodos de bateriacuteas azufre-litio y ioacuten-litio

Dr Germaacuten Lener Dr Agustiacuten Sigal

Algunos temas de trabajo- Estudios de la insercioacuten de iones de Li en compuestos de intercalacioacuten utilizados como electrodos de celdas de ion-Li

Dr Eduardo Perassi

- Caacutelculos ab-initio y simulaciones computacionales de sistemas relacionados con bateriacuteas de Litio celdas de combustible y adsorcioacuten sobre superficies Dra Cecilia Gimenez y Dr Luis Reinaudi

- Materiales activos de electrodo basados en oacutexidos de titanio y titanatos de metales alcalinos para su aplicacioacuten como aacutenodos en bateriacuteas de ioacuten-litio

Dr Osvaldo Caacutemara y Dra Fabiana Oliva

- Partiacuteculas aislantes vs partiacuteculas conductoras Efectos de la percolacioacuten en la conduccioacuten eleacutectrica

Dr Patricio Veacutelez

Algunas estrategias de ensamble

pero no solo para

automoacutevileshellip

iquesthogares sutentables

Vectores - Oportunidades = Litio (como bateriacuteas de Litio)

bullBateriacuteas de ion-Li En 2007 se produjeron mundialmente 2500000000 de bateriacuteas de Li

Se proyecta una utilizacioacuten de 20000 t en la fabricacioacuten de bateriacuteas para vehiacuteculos eleacutectricos cuya produccioacuten estimada es de 500000 vehiacuteculos eleacutectricos en 2015 y 15 millones en 2020 Se consumen actualmente 100000 toneladas en el mercado mundial

Ameacuterica Latina concentra entre el 50 y el 80 de las reservas mundiales (Bolivia Chile Argentina)

El Litio es un material no contaminante (en todo caso antidepresivo)

Tecnologiacutea Madura

Bateriacutea de Cinc-Cobre Reacciones Reacutedox

Cu+2 + 2e rarr Cu Reduccioacuten Zn rarr Zn+2 + 2e Oxidacioacuten

Proceso netoCu+2 + Zn rarr Cu + Zn+2 11 Volts

Proceso Electroquiacutemico

Clasificacioacuten General

a)Bateriacuteas productoras de Energiacutea Bateriacuteas ldquoPrimariasrdquo

- Cinc-Carboacuten (comuacuten)- Cinc-Carboacuten Alcalinas- Tipo ldquobotoacutenrdquo (de reloj)

b) Bateriacuteas de almacenamiento de Energiacutea Bateriacuteas ldquoSecundariasrdquo o ldquoRecargablesrdquo

- Plomo-aacutecido- Niacutequel-Cadmio- Niacutequel-Metal hidruro- Litio metaacutelico (en desuso)- Ioacuten-Litio

Utiles como Vectores Energeacuteticos

Un solo uso

Quiacutemica de las Bateriacuteas mas comunes

1) ldquoPilardquo de Leclancheacute o ldquopila secardquo Cinc-carbon (Zn-C)

Zn (metal) pasta de NH4ClndashZnCl2 oacutexido de manganeso + carboacuten grafitoelectrodo (-) electrodo (+)

REACCIONES

Zn Zn2+(ac) + 2 e

ndash Anodo (-)

2 MnO2(s) + 2endash + hellip 2 MnO(OH)(s) + Caacutetodo (+)

Diferencia de Potencial Eleacutectrico

Voltaje 150 Volts

Bateriacuteas ldquoPrimariasrdquo

Aacutenodo de grafitoproceso de cargado

Colector de corriente

Grafeno

Nube de electrones

Bateriacutea de ion-litio

Anodo Construido sobre una laacutemina de Cobre de 10-20 mm de espesor

Caacutetodo Construido sobre una laacutemina de Aluminio de 10-20 mm de espesor

Bateriacutea 18650 37 V 2100 mAh

bullBateriacuteas de ion-Li En 2007 se produjeron mundialmente 2500000000 de bateriacuteas de Li

Se proyecta una utilizacioacuten de 20000 t de Litio en la fabricacioacuten de bateriacuteas para vehiacuteculos eleacutectricos cuya produccioacuten estimada es de 500000 vehiacuteculos eleacutectricos en 2015 y 15 millones en 2020 Se consumen actualmente 100000 toneladas en el mercado mundial

Ameacuterica Latina concentra entre el 50 y el 70 de las reservas mundiales (Bolivia Chile Argentina)

El Li es un material no contaminante(en todo caso antidepresivo)

Tecnologiacutea Madura

Datos Interesantes

Energiacuteas especiacuteficas

Minerales conteniendo Litio

54

Ocurrencia Li en la corteza terrestre 0006 (entre los 27 mas abundantes) Se conocen mas de 150 minerales portadores de Li

Yacimientos Minerales de Pegmatitas Presente en magmas de baja viscosidad Pegmatitas de estructura zonada Se encuentra junto a Casiterita Berilo Apatita Columbita Granate Turmalina Feldespato Cuarzo Micas y otros

Salmueras Naturales Lagos salinos y salares Yacimientos de evaporacioacuten (minerales evaporiacuteticos) Alta solubilidad del Cloruro de Li Zonas aacuteridas

Imagen Nombre Foacutermula de Li2O

Espodumeno Li2O Al2O34SiO2

(PF 37620)804

(37 Li)

Lepidolita Li2AlSi4O10(FOH)(PF 37334)

3 ndash 6(37 Li)

Zinnwaldita KLiFeAl2Si3O10(OHF)(PF 42011)

2 ndash 4(17 Li)

Ambligonita Li Al(FOH)PO4

(PF 14587)101

(48 Li)

Tipos de Minerales

- Explotacioacuten extraccioacuten de aguas subterraacuteneas salinas- Procesamiento - Bombeo de salmueras (conteniendo 300 - 1500 ppm Li+) - Evaporacioacuten y Concentracioacuten de Litio (aprox factor gt10) - Purificacioacuten de salmueras Agregado de Ca(OH)2

separacioacuten de Mg(OH)2 boacuterax sulfatos

- Adicioacuten de Na2CO3 obtencioacuten de Li2CO3

Recuperacioacuten de aprox 90 de Li de la salmuera inicialSubproductos KCl CaSO4 2H2O(yeso) Mg(OH)2 Boacuterax

Obtencioacuten de Litio desde los Salares

Li2CO3

Reservas de Litio a nivel global

Reservas desde salares

Ameacuterica del sur guarda el 75 de las reservas de Litio mundiales

iquestFuturo de las bateriacuteas de Ion-LibullBateriacuteas de litio-aire

iquestFuturo de las bateriacuteas de Ion-LibullBateriacuteas de litio-aire

Algunas conclusiones El almacenamiento de energiacutea hoy juega un rol determinante para reemplazar el petroacuteleo con energiacuteas alternativas

El desarrollo del aacutenodo de grafito significoacute un profundo salto en el desarrollo de las bateriacuteas de litio

Por su versatilidad la bateriacutea de ioacuten-litio puede satisfacer necesidades de requerimientos muy variados

Hoy es posible desarrollar e investigar bateriacuteas de ion-Li en la Argentina

Particularmente en nuestra universidad se estaacute investigando en el disentildeo estudio y preparacioacuten de materiales alternativos para electrodos de estas bateriacuteas

Litio

66

Siacutembolo quiacutemico LiNuacutemero Atoacutemico (Z) 3Elemento perteneciente al Grupo I Metales Alcalinos (1s2 2s1)Peso Atoacutemico 6941 umaEs el elemento metaacutelico maacutes liviano que existe a temperatura ambiente Soacutelido a temperatura ambienteIsoacutetopos 6 Li Abundancia 742 No Radioactivo

7 Li Abundancia 9258 No Radioactivo 5 Li 8 Li 9Li Isoacutetopos artificiales

Estado de Oxidacioacuten 1+ (catioacuten Li+)Radio atoacutemico 0152 nm (metal)Radio ioacutenico (Li+) 0060 nm

Caracteriacuteticas

67

Metal blanco lustre plateado y dureza de 06 (maacutes blando que el plomo) Densidad alrededor de la mitad del aguaEs altamente reactivo y se asemeja al sodio en su comportamiento quiacutemico El Cloruro de Litio es muy soluble en agua Los Carbonatos Fluoruros y Fosfatos de litio son muy poco solubles en agua Reacciona muy raacutepidamente con el aire (O2 y N2) y con agua

Debe ser almacenado sumergido en un liacutequido orgaacutenico (hidrocarburo) como nafta kerosene etc El metal arde fuertemente en aire con llama blanca brillante Las soluciones acuosas de Li+ imparten un color rojo carmesiacute a la llama

Litio y derivadosArbol de Litio

Ton Li 2CO

3

Uso proyectado en celulares

Yacimientos de minerales en Argentina

Pegmatitas Sierras Pampeanas San Luis CoacuterdobaSan Juan La Rioja Catamarca Salta Jujuy

Tipos de Minerales Silicatos Espodumeno LiAlSi2O6 (75 a 8 LiO2)

Petalita LiAlSi4O10

Micas Lepidolita K[LiAl]3[AlSi]4O10[FOH]2

Zinwaldita K[LiAlFe]3[AlSi]4O10[FOH]2

Fosfatos Litiofilita (MnLi)PO4

Ambligonita (LiNa)Al(FOH)PO4

Yacimientos en Argentina

Salares y Salmueras NaturalesZona de la Puna Salta Jujuy y Catamarca

Jujuy

Salta

Catamarca

Ambiente de los salares

iquestImpacto en el ambiente

La Negra ChilePlanta

en Salta

- La existencia de costras soacutelidas de sal es soacutelo una caracteriacutestica superficial que estaacute presente en algunos salares pero no es representativa de la complejidad del sistema

- Un salar tiene asociado un cuerpo subterraacuteneo de salmuera que lo alimenta y tiene diferentes lsquofaciesrsquo de sales en profundidad como cloruro de sodio (halita) cloruros y sulfatos de potasio y magnesio y otros sulfatos y carbonatos

Geologiacutea de un Salar

Produccioacuten Global de litio(en metal equivalente)

- La existencia de costras soacutelidas de sal es soacutelo una caracteriacutestica superficial que estaacute presente en algunos salares pero no es representativa de la complejidad del sistema

- Un salar tiene asociado un cuerpo subterraacuteneo de salmuera que lo alimenta y tiene diferentes lsquofaciesrsquo de sales en profundidad como cloruro de sodio (halita) cloruros y sulfatos de potasio y magnesio y otros sulfatos y carbonatos

Geologiacutea de un Salar

Aspectos de relevanciaConsumo y contaminacioacuten de agua impactos en el paisaje introduccioacuten de caminos de exploracioacuten en ecosistemas sensibles instalacioacuten de infraestructura impacto en la flora y fauna de la actividad industrial donde antes no la habiacutea generacioacuten de residuos soacutelidos y quiacutemicos

La salmuera es bombeada mediante perforaciones y luego se la expone al sol para

evaporar el liacutequido y concentrar los componentes de intereacutes La concentracioacuten de litio en las salmueras es baja y variacutea dentro de

cada salar y entre los distintos salares fluctuando entre unas pocas decenas de partes por milloacuten y poco maacutes de mil de acuerdo con

estos valores puede estimarse que por cada tonelada de litio extraiacuteda se evaporan alrededor

de dos millones de litros de agua clara evidencia de que la mineriacutea del litio en salares es

una mineriacutea del agua

iquestA quieacuten impacta

ldquoNo puede ni debe realizarse ninguacuten tipo de actividad minera sin el consentimiento libre previo e informado de las comunidades involucradasrdquo

Y nosotros que podemos hacerDesarrollo de nuevos materialesPreparacioacuten de materiales

CaracterizacioacutenEstudios Teoacutericos

Y nosotros que podemos hacerDesarrollo de nuevos materialesPreparacioacuten de materiales

CaracterizacioacutenEstudios Teoacutericos

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Page 27: Presentación de PowerPoint - famaf.unc.edu.ar · Oxido de Titanio Anodos importantes en uso Compuestos de intercalación Sn + xe-+ xLi+  Li ... Ensamble de celda y caracterización

Bateriacutea de ioacuten-litio

Bateriacutea de ioacuten-litio

Anodo Construido sobre una laacutemina de Cobre de 10-20 mm de espesor

Caacutetodo Construido sobre una laacutemina de Aluminio de 10-20 mm de espesor

Bateriacutea 18650 37 V 2100 mAh

Bateriacuteas Recargables de ioacuten Li+ en uso actual

CaacutetodoLiXCoO2

AnodoLiXC6

Solucioacuten de Electrolito Etilen-Carbonato amp Di-Metil Carbonato LiPF6 Voltaje 37 V Densidad de Energiacutea 150 WhKg

CathodeSurface films

AnodeSurface films

D Aurbach et Al Materials Today 2014

Anodos para Bateriacuteas recargables de ioacuten-Li

Li4Ti5O12 + 3Li+ + 3 e- harr Li7Ti5O12

Li1-xC6 + xLi+ + x e- harr LiC6

MX + 2eminus + 2Li+ M + Li2X

MX2 + eminus + Li+ + LiMX2

Insercioacuten

Conversioacuten

Capacidad Praacutectica 160 mAhg

LiC6

LiC12

Grafito

Oxido de Titanio

Anodos importantes en uso Compuestos de intercalacioacuten

Sn + xe- + xLi+ lt=gt LixSn x 44 gt900 mAhgSi + xe- + xLi+ lt=gt LixSi x 44 gt4000 mAhg

Problema se necesitan Nano estructuras

Capacidad Praacutectica 330 mAhg

12

16

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240 50 100 150 50 100 150

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Voltag

e V

vs LiL

i+

Capacity mAhg-1

0 100 200 30000

04

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100 200 30000

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e V

vs LiL

i+

Capacity mAhg-1

iquestY nosotros queacute podemos hacerDesarrollo de nuevos materiales

- Preparacioacuten de materiales- Caracterizacioacuten- Estudios Teoacutericos y Simulaciones

Desarrollo de nuevos materiales- Preparacioacuten de materiales- Caracterizacioacuten- Estudios Teoacutericos y Simulaciones

iquestY nosotros queacute podemos hacer

Metodologiacutea de trabajo Siacutentesis de materiales activos

Caracterizacioacuten estructural y morfoloacutegica

Ensamble de celda y caracterizacioacuten electroquiacutemica

ModeloTeoacuterico

Simulacioacuten Computacional

Anaacutelisis e Interpretacioacuten

Estudios Teoacutericos

Estudios Experimentales

Liacuteneas de trabajo en el LaES

- Desarrollo y caracterizacioacuten de materiales para aacutenodos Basados en Carbono Titanatos de litio Silicio y Estantildeo

- Desarrollo y caracterizacioacuten de materiales para caacutetodos Basados en Azufre

- Simulaciones computacionalesInsercioacuten de iones litio en grafito y titanatos de litioModelado de materiales de carbonos porosos(Dinaacutemica Molecular Teoriacutea DFT Mecaacutenica

Estadiacutestica Montecarlo)

iexclMuchas gracias

laeslabuncgmailcom

Algunos temas de trabajo- Materiales hiacutebridos basados en carbono como electrodos para bateriacuteas de Li

Dra Guillermina Luque

- Agregado de aditivos y modificacioacuten de separadores para mejorar la performance de baterias de litio-azufre Dr Germaacuten Lener Dra Andrea Calderoacuten Dra Victoria Bracamonte

- Construccioacuten y caracterizacioacuten experimental y teoacuterica de dispositivos de conversioacuten fotovoltaica basados en perovskitas de halogenuros organometaacutelicos

Dr Agustiacuten Sigal

- Trabajo experimental y teoacuterico de materiales para electrodos de bateriacuteas azufre-litio y ioacuten-litio

Dr Germaacuten Lener Dr Agustiacuten Sigal

Algunos temas de trabajo- Estudios de la insercioacuten de iones de Li en compuestos de intercalacioacuten utilizados como electrodos de celdas de ion-Li

Dr Eduardo Perassi

- Caacutelculos ab-initio y simulaciones computacionales de sistemas relacionados con bateriacuteas de Litio celdas de combustible y adsorcioacuten sobre superficies Dra Cecilia Gimenez y Dr Luis Reinaudi

- Materiales activos de electrodo basados en oacutexidos de titanio y titanatos de metales alcalinos para su aplicacioacuten como aacutenodos en bateriacuteas de ioacuten-litio

Dr Osvaldo Caacutemara y Dra Fabiana Oliva

- Partiacuteculas aislantes vs partiacuteculas conductoras Efectos de la percolacioacuten en la conduccioacuten eleacutectrica

Dr Patricio Veacutelez

Algunas estrategias de ensamble

pero no solo para

automoacutevileshellip

iquesthogares sutentables

Vectores - Oportunidades = Litio (como bateriacuteas de Litio)

bullBateriacuteas de ion-Li En 2007 se produjeron mundialmente 2500000000 de bateriacuteas de Li

Se proyecta una utilizacioacuten de 20000 t en la fabricacioacuten de bateriacuteas para vehiacuteculos eleacutectricos cuya produccioacuten estimada es de 500000 vehiacuteculos eleacutectricos en 2015 y 15 millones en 2020 Se consumen actualmente 100000 toneladas en el mercado mundial

Ameacuterica Latina concentra entre el 50 y el 80 de las reservas mundiales (Bolivia Chile Argentina)

El Litio es un material no contaminante (en todo caso antidepresivo)

Tecnologiacutea Madura

Bateriacutea de Cinc-Cobre Reacciones Reacutedox

Cu+2 + 2e rarr Cu Reduccioacuten Zn rarr Zn+2 + 2e Oxidacioacuten

Proceso netoCu+2 + Zn rarr Cu + Zn+2 11 Volts

Proceso Electroquiacutemico

Clasificacioacuten General

a)Bateriacuteas productoras de Energiacutea Bateriacuteas ldquoPrimariasrdquo

- Cinc-Carboacuten (comuacuten)- Cinc-Carboacuten Alcalinas- Tipo ldquobotoacutenrdquo (de reloj)

b) Bateriacuteas de almacenamiento de Energiacutea Bateriacuteas ldquoSecundariasrdquo o ldquoRecargablesrdquo

- Plomo-aacutecido- Niacutequel-Cadmio- Niacutequel-Metal hidruro- Litio metaacutelico (en desuso)- Ioacuten-Litio

Utiles como Vectores Energeacuteticos

Un solo uso

Quiacutemica de las Bateriacuteas mas comunes

1) ldquoPilardquo de Leclancheacute o ldquopila secardquo Cinc-carbon (Zn-C)

Zn (metal) pasta de NH4ClndashZnCl2 oacutexido de manganeso + carboacuten grafitoelectrodo (-) electrodo (+)

REACCIONES

Zn Zn2+(ac) + 2 e

ndash Anodo (-)

2 MnO2(s) + 2endash + hellip 2 MnO(OH)(s) + Caacutetodo (+)

Diferencia de Potencial Eleacutectrico

Voltaje 150 Volts

Bateriacuteas ldquoPrimariasrdquo

Aacutenodo de grafitoproceso de cargado

Colector de corriente

Grafeno

Nube de electrones

Bateriacutea de ion-litio

Anodo Construido sobre una laacutemina de Cobre de 10-20 mm de espesor

Caacutetodo Construido sobre una laacutemina de Aluminio de 10-20 mm de espesor

Bateriacutea 18650 37 V 2100 mAh

bullBateriacuteas de ion-Li En 2007 se produjeron mundialmente 2500000000 de bateriacuteas de Li

Se proyecta una utilizacioacuten de 20000 t de Litio en la fabricacioacuten de bateriacuteas para vehiacuteculos eleacutectricos cuya produccioacuten estimada es de 500000 vehiacuteculos eleacutectricos en 2015 y 15 millones en 2020 Se consumen actualmente 100000 toneladas en el mercado mundial

Ameacuterica Latina concentra entre el 50 y el 70 de las reservas mundiales (Bolivia Chile Argentina)

El Li es un material no contaminante(en todo caso antidepresivo)

Tecnologiacutea Madura

Datos Interesantes

Energiacuteas especiacuteficas

Minerales conteniendo Litio

54

Ocurrencia Li en la corteza terrestre 0006 (entre los 27 mas abundantes) Se conocen mas de 150 minerales portadores de Li

Yacimientos Minerales de Pegmatitas Presente en magmas de baja viscosidad Pegmatitas de estructura zonada Se encuentra junto a Casiterita Berilo Apatita Columbita Granate Turmalina Feldespato Cuarzo Micas y otros

Salmueras Naturales Lagos salinos y salares Yacimientos de evaporacioacuten (minerales evaporiacuteticos) Alta solubilidad del Cloruro de Li Zonas aacuteridas

Imagen Nombre Foacutermula de Li2O

Espodumeno Li2O Al2O34SiO2

(PF 37620)804

(37 Li)

Lepidolita Li2AlSi4O10(FOH)(PF 37334)

3 ndash 6(37 Li)

Zinnwaldita KLiFeAl2Si3O10(OHF)(PF 42011)

2 ndash 4(17 Li)

Ambligonita Li Al(FOH)PO4

(PF 14587)101

(48 Li)

Tipos de Minerales

- Explotacioacuten extraccioacuten de aguas subterraacuteneas salinas- Procesamiento - Bombeo de salmueras (conteniendo 300 - 1500 ppm Li+) - Evaporacioacuten y Concentracioacuten de Litio (aprox factor gt10) - Purificacioacuten de salmueras Agregado de Ca(OH)2

separacioacuten de Mg(OH)2 boacuterax sulfatos

- Adicioacuten de Na2CO3 obtencioacuten de Li2CO3

Recuperacioacuten de aprox 90 de Li de la salmuera inicialSubproductos KCl CaSO4 2H2O(yeso) Mg(OH)2 Boacuterax

Obtencioacuten de Litio desde los Salares

Li2CO3

Reservas de Litio a nivel global

Reservas desde salares

Ameacuterica del sur guarda el 75 de las reservas de Litio mundiales

iquestFuturo de las bateriacuteas de Ion-LibullBateriacuteas de litio-aire

iquestFuturo de las bateriacuteas de Ion-LibullBateriacuteas de litio-aire

Algunas conclusiones El almacenamiento de energiacutea hoy juega un rol determinante para reemplazar el petroacuteleo con energiacuteas alternativas

El desarrollo del aacutenodo de grafito significoacute un profundo salto en el desarrollo de las bateriacuteas de litio

Por su versatilidad la bateriacutea de ioacuten-litio puede satisfacer necesidades de requerimientos muy variados

Hoy es posible desarrollar e investigar bateriacuteas de ion-Li en la Argentina

Particularmente en nuestra universidad se estaacute investigando en el disentildeo estudio y preparacioacuten de materiales alternativos para electrodos de estas bateriacuteas

Litio

66

Siacutembolo quiacutemico LiNuacutemero Atoacutemico (Z) 3Elemento perteneciente al Grupo I Metales Alcalinos (1s2 2s1)Peso Atoacutemico 6941 umaEs el elemento metaacutelico maacutes liviano que existe a temperatura ambiente Soacutelido a temperatura ambienteIsoacutetopos 6 Li Abundancia 742 No Radioactivo

7 Li Abundancia 9258 No Radioactivo 5 Li 8 Li 9Li Isoacutetopos artificiales

Estado de Oxidacioacuten 1+ (catioacuten Li+)Radio atoacutemico 0152 nm (metal)Radio ioacutenico (Li+) 0060 nm

Caracteriacuteticas

67

Metal blanco lustre plateado y dureza de 06 (maacutes blando que el plomo) Densidad alrededor de la mitad del aguaEs altamente reactivo y se asemeja al sodio en su comportamiento quiacutemico El Cloruro de Litio es muy soluble en agua Los Carbonatos Fluoruros y Fosfatos de litio son muy poco solubles en agua Reacciona muy raacutepidamente con el aire (O2 y N2) y con agua

Debe ser almacenado sumergido en un liacutequido orgaacutenico (hidrocarburo) como nafta kerosene etc El metal arde fuertemente en aire con llama blanca brillante Las soluciones acuosas de Li+ imparten un color rojo carmesiacute a la llama

Litio y derivadosArbol de Litio

Ton Li 2CO

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Uso proyectado en celulares

Yacimientos de minerales en Argentina

Pegmatitas Sierras Pampeanas San Luis CoacuterdobaSan Juan La Rioja Catamarca Salta Jujuy

Tipos de Minerales Silicatos Espodumeno LiAlSi2O6 (75 a 8 LiO2)

Petalita LiAlSi4O10

Micas Lepidolita K[LiAl]3[AlSi]4O10[FOH]2

Zinwaldita K[LiAlFe]3[AlSi]4O10[FOH]2

Fosfatos Litiofilita (MnLi)PO4

Ambligonita (LiNa)Al(FOH)PO4

Yacimientos en Argentina

Salares y Salmueras NaturalesZona de la Puna Salta Jujuy y Catamarca

Jujuy

Salta

Catamarca

Ambiente de los salares

iquestImpacto en el ambiente

La Negra ChilePlanta

en Salta

- La existencia de costras soacutelidas de sal es soacutelo una caracteriacutestica superficial que estaacute presente en algunos salares pero no es representativa de la complejidad del sistema

- Un salar tiene asociado un cuerpo subterraacuteneo de salmuera que lo alimenta y tiene diferentes lsquofaciesrsquo de sales en profundidad como cloruro de sodio (halita) cloruros y sulfatos de potasio y magnesio y otros sulfatos y carbonatos

Geologiacutea de un Salar

Produccioacuten Global de litio(en metal equivalente)

- La existencia de costras soacutelidas de sal es soacutelo una caracteriacutestica superficial que estaacute presente en algunos salares pero no es representativa de la complejidad del sistema

- Un salar tiene asociado un cuerpo subterraacuteneo de salmuera que lo alimenta y tiene diferentes lsquofaciesrsquo de sales en profundidad como cloruro de sodio (halita) cloruros y sulfatos de potasio y magnesio y otros sulfatos y carbonatos

Geologiacutea de un Salar

Aspectos de relevanciaConsumo y contaminacioacuten de agua impactos en el paisaje introduccioacuten de caminos de exploracioacuten en ecosistemas sensibles instalacioacuten de infraestructura impacto en la flora y fauna de la actividad industrial donde antes no la habiacutea generacioacuten de residuos soacutelidos y quiacutemicos

La salmuera es bombeada mediante perforaciones y luego se la expone al sol para

evaporar el liacutequido y concentrar los componentes de intereacutes La concentracioacuten de litio en las salmueras es baja y variacutea dentro de

cada salar y entre los distintos salares fluctuando entre unas pocas decenas de partes por milloacuten y poco maacutes de mil de acuerdo con

estos valores puede estimarse que por cada tonelada de litio extraiacuteda se evaporan alrededor

de dos millones de litros de agua clara evidencia de que la mineriacutea del litio en salares es

una mineriacutea del agua

iquestA quieacuten impacta

ldquoNo puede ni debe realizarse ninguacuten tipo de actividad minera sin el consentimiento libre previo e informado de las comunidades involucradasrdquo

Y nosotros que podemos hacerDesarrollo de nuevos materialesPreparacioacuten de materiales

CaracterizacioacutenEstudios Teoacutericos

Y nosotros que podemos hacerDesarrollo de nuevos materialesPreparacioacuten de materiales

CaracterizacioacutenEstudios Teoacutericos

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Bateriacutea de ioacuten-litio

Anodo Construido sobre una laacutemina de Cobre de 10-20 mm de espesor

Caacutetodo Construido sobre una laacutemina de Aluminio de 10-20 mm de espesor

Bateriacutea 18650 37 V 2100 mAh

Bateriacuteas Recargables de ioacuten Li+ en uso actual

CaacutetodoLiXCoO2

AnodoLiXC6

Solucioacuten de Electrolito Etilen-Carbonato amp Di-Metil Carbonato LiPF6 Voltaje 37 V Densidad de Energiacutea 150 WhKg

CathodeSurface films

AnodeSurface films

D Aurbach et Al Materials Today 2014

Anodos para Bateriacuteas recargables de ioacuten-Li

Li4Ti5O12 + 3Li+ + 3 e- harr Li7Ti5O12

Li1-xC6 + xLi+ + x e- harr LiC6

MX + 2eminus + 2Li+ M + Li2X

MX2 + eminus + Li+ + LiMX2

Insercioacuten

Conversioacuten

Capacidad Praacutectica 160 mAhg

LiC6

LiC12

Grafito

Oxido de Titanio

Anodos importantes en uso Compuestos de intercalacioacuten

Sn + xe- + xLi+ lt=gt LixSn x 44 gt900 mAhgSi + xe- + xLi+ lt=gt LixSi x 44 gt4000 mAhg

Problema se necesitan Nano estructuras

Capacidad Praacutectica 330 mAhg

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iquestY nosotros queacute podemos hacerDesarrollo de nuevos materiales

- Preparacioacuten de materiales- Caracterizacioacuten- Estudios Teoacutericos y Simulaciones

Desarrollo de nuevos materiales- Preparacioacuten de materiales- Caracterizacioacuten- Estudios Teoacutericos y Simulaciones

iquestY nosotros queacute podemos hacer

Metodologiacutea de trabajo Siacutentesis de materiales activos

Caracterizacioacuten estructural y morfoloacutegica

Ensamble de celda y caracterizacioacuten electroquiacutemica

ModeloTeoacuterico

Simulacioacuten Computacional

Anaacutelisis e Interpretacioacuten

Estudios Teoacutericos

Estudios Experimentales

Liacuteneas de trabajo en el LaES

- Desarrollo y caracterizacioacuten de materiales para aacutenodos Basados en Carbono Titanatos de litio Silicio y Estantildeo

- Desarrollo y caracterizacioacuten de materiales para caacutetodos Basados en Azufre

- Simulaciones computacionalesInsercioacuten de iones litio en grafito y titanatos de litioModelado de materiales de carbonos porosos(Dinaacutemica Molecular Teoriacutea DFT Mecaacutenica

Estadiacutestica Montecarlo)

iexclMuchas gracias

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Algunos temas de trabajo- Materiales hiacutebridos basados en carbono como electrodos para bateriacuteas de Li

Dra Guillermina Luque

- Agregado de aditivos y modificacioacuten de separadores para mejorar la performance de baterias de litio-azufre Dr Germaacuten Lener Dra Andrea Calderoacuten Dra Victoria Bracamonte

- Construccioacuten y caracterizacioacuten experimental y teoacuterica de dispositivos de conversioacuten fotovoltaica basados en perovskitas de halogenuros organometaacutelicos

Dr Agustiacuten Sigal

- Trabajo experimental y teoacuterico de materiales para electrodos de bateriacuteas azufre-litio y ioacuten-litio

Dr Germaacuten Lener Dr Agustiacuten Sigal

Algunos temas de trabajo- Estudios de la insercioacuten de iones de Li en compuestos de intercalacioacuten utilizados como electrodos de celdas de ion-Li

Dr Eduardo Perassi

- Caacutelculos ab-initio y simulaciones computacionales de sistemas relacionados con bateriacuteas de Litio celdas de combustible y adsorcioacuten sobre superficies Dra Cecilia Gimenez y Dr Luis Reinaudi

- Materiales activos de electrodo basados en oacutexidos de titanio y titanatos de metales alcalinos para su aplicacioacuten como aacutenodos en bateriacuteas de ioacuten-litio

Dr Osvaldo Caacutemara y Dra Fabiana Oliva

- Partiacuteculas aislantes vs partiacuteculas conductoras Efectos de la percolacioacuten en la conduccioacuten eleacutectrica

Dr Patricio Veacutelez

Algunas estrategias de ensamble

pero no solo para

automoacutevileshellip

iquesthogares sutentables

Vectores - Oportunidades = Litio (como bateriacuteas de Litio)

bullBateriacuteas de ion-Li En 2007 se produjeron mundialmente 2500000000 de bateriacuteas de Li

Se proyecta una utilizacioacuten de 20000 t en la fabricacioacuten de bateriacuteas para vehiacuteculos eleacutectricos cuya produccioacuten estimada es de 500000 vehiacuteculos eleacutectricos en 2015 y 15 millones en 2020 Se consumen actualmente 100000 toneladas en el mercado mundial

Ameacuterica Latina concentra entre el 50 y el 80 de las reservas mundiales (Bolivia Chile Argentina)

El Litio es un material no contaminante (en todo caso antidepresivo)

Tecnologiacutea Madura

Bateriacutea de Cinc-Cobre Reacciones Reacutedox

Cu+2 + 2e rarr Cu Reduccioacuten Zn rarr Zn+2 + 2e Oxidacioacuten

Proceso netoCu+2 + Zn rarr Cu + Zn+2 11 Volts

Proceso Electroquiacutemico

Clasificacioacuten General

a)Bateriacuteas productoras de Energiacutea Bateriacuteas ldquoPrimariasrdquo

- Cinc-Carboacuten (comuacuten)- Cinc-Carboacuten Alcalinas- Tipo ldquobotoacutenrdquo (de reloj)

b) Bateriacuteas de almacenamiento de Energiacutea Bateriacuteas ldquoSecundariasrdquo o ldquoRecargablesrdquo

- Plomo-aacutecido- Niacutequel-Cadmio- Niacutequel-Metal hidruro- Litio metaacutelico (en desuso)- Ioacuten-Litio

Utiles como Vectores Energeacuteticos

Un solo uso

Quiacutemica de las Bateriacuteas mas comunes

1) ldquoPilardquo de Leclancheacute o ldquopila secardquo Cinc-carbon (Zn-C)

Zn (metal) pasta de NH4ClndashZnCl2 oacutexido de manganeso + carboacuten grafitoelectrodo (-) electrodo (+)

REACCIONES

Zn Zn2+(ac) + 2 e

ndash Anodo (-)

2 MnO2(s) + 2endash + hellip 2 MnO(OH)(s) + Caacutetodo (+)

Diferencia de Potencial Eleacutectrico

Voltaje 150 Volts

Bateriacuteas ldquoPrimariasrdquo

Aacutenodo de grafitoproceso de cargado

Colector de corriente

Grafeno

Nube de electrones

Bateriacutea de ion-litio

Anodo Construido sobre una laacutemina de Cobre de 10-20 mm de espesor

Caacutetodo Construido sobre una laacutemina de Aluminio de 10-20 mm de espesor

Bateriacutea 18650 37 V 2100 mAh

bullBateriacuteas de ion-Li En 2007 se produjeron mundialmente 2500000000 de bateriacuteas de Li

Se proyecta una utilizacioacuten de 20000 t de Litio en la fabricacioacuten de bateriacuteas para vehiacuteculos eleacutectricos cuya produccioacuten estimada es de 500000 vehiacuteculos eleacutectricos en 2015 y 15 millones en 2020 Se consumen actualmente 100000 toneladas en el mercado mundial

Ameacuterica Latina concentra entre el 50 y el 70 de las reservas mundiales (Bolivia Chile Argentina)

El Li es un material no contaminante(en todo caso antidepresivo)

Tecnologiacutea Madura

Datos Interesantes

Energiacuteas especiacuteficas

Minerales conteniendo Litio

54

Ocurrencia Li en la corteza terrestre 0006 (entre los 27 mas abundantes) Se conocen mas de 150 minerales portadores de Li

Yacimientos Minerales de Pegmatitas Presente en magmas de baja viscosidad Pegmatitas de estructura zonada Se encuentra junto a Casiterita Berilo Apatita Columbita Granate Turmalina Feldespato Cuarzo Micas y otros

Salmueras Naturales Lagos salinos y salares Yacimientos de evaporacioacuten (minerales evaporiacuteticos) Alta solubilidad del Cloruro de Li Zonas aacuteridas

Imagen Nombre Foacutermula de Li2O

Espodumeno Li2O Al2O34SiO2

(PF 37620)804

(37 Li)

Lepidolita Li2AlSi4O10(FOH)(PF 37334)

3 ndash 6(37 Li)

Zinnwaldita KLiFeAl2Si3O10(OHF)(PF 42011)

2 ndash 4(17 Li)

Ambligonita Li Al(FOH)PO4

(PF 14587)101

(48 Li)

Tipos de Minerales

- Explotacioacuten extraccioacuten de aguas subterraacuteneas salinas- Procesamiento - Bombeo de salmueras (conteniendo 300 - 1500 ppm Li+) - Evaporacioacuten y Concentracioacuten de Litio (aprox factor gt10) - Purificacioacuten de salmueras Agregado de Ca(OH)2

separacioacuten de Mg(OH)2 boacuterax sulfatos

- Adicioacuten de Na2CO3 obtencioacuten de Li2CO3

Recuperacioacuten de aprox 90 de Li de la salmuera inicialSubproductos KCl CaSO4 2H2O(yeso) Mg(OH)2 Boacuterax

Obtencioacuten de Litio desde los Salares

Li2CO3

Reservas de Litio a nivel global

Reservas desde salares

Ameacuterica del sur guarda el 75 de las reservas de Litio mundiales

iquestFuturo de las bateriacuteas de Ion-LibullBateriacuteas de litio-aire

iquestFuturo de las bateriacuteas de Ion-LibullBateriacuteas de litio-aire

Algunas conclusiones El almacenamiento de energiacutea hoy juega un rol determinante para reemplazar el petroacuteleo con energiacuteas alternativas

El desarrollo del aacutenodo de grafito significoacute un profundo salto en el desarrollo de las bateriacuteas de litio

Por su versatilidad la bateriacutea de ioacuten-litio puede satisfacer necesidades de requerimientos muy variados

Hoy es posible desarrollar e investigar bateriacuteas de ion-Li en la Argentina

Particularmente en nuestra universidad se estaacute investigando en el disentildeo estudio y preparacioacuten de materiales alternativos para electrodos de estas bateriacuteas

Litio

66

Siacutembolo quiacutemico LiNuacutemero Atoacutemico (Z) 3Elemento perteneciente al Grupo I Metales Alcalinos (1s2 2s1)Peso Atoacutemico 6941 umaEs el elemento metaacutelico maacutes liviano que existe a temperatura ambiente Soacutelido a temperatura ambienteIsoacutetopos 6 Li Abundancia 742 No Radioactivo

7 Li Abundancia 9258 No Radioactivo 5 Li 8 Li 9Li Isoacutetopos artificiales

Estado de Oxidacioacuten 1+ (catioacuten Li+)Radio atoacutemico 0152 nm (metal)Radio ioacutenico (Li+) 0060 nm

Caracteriacuteticas

67

Metal blanco lustre plateado y dureza de 06 (maacutes blando que el plomo) Densidad alrededor de la mitad del aguaEs altamente reactivo y se asemeja al sodio en su comportamiento quiacutemico El Cloruro de Litio es muy soluble en agua Los Carbonatos Fluoruros y Fosfatos de litio son muy poco solubles en agua Reacciona muy raacutepidamente con el aire (O2 y N2) y con agua

Debe ser almacenado sumergido en un liacutequido orgaacutenico (hidrocarburo) como nafta kerosene etc El metal arde fuertemente en aire con llama blanca brillante Las soluciones acuosas de Li+ imparten un color rojo carmesiacute a la llama

Litio y derivadosArbol de Litio

Ton Li 2CO

3

Uso proyectado en celulares

Yacimientos de minerales en Argentina

Pegmatitas Sierras Pampeanas San Luis CoacuterdobaSan Juan La Rioja Catamarca Salta Jujuy

Tipos de Minerales Silicatos Espodumeno LiAlSi2O6 (75 a 8 LiO2)

Petalita LiAlSi4O10

Micas Lepidolita K[LiAl]3[AlSi]4O10[FOH]2

Zinwaldita K[LiAlFe]3[AlSi]4O10[FOH]2

Fosfatos Litiofilita (MnLi)PO4

Ambligonita (LiNa)Al(FOH)PO4

Yacimientos en Argentina

Salares y Salmueras NaturalesZona de la Puna Salta Jujuy y Catamarca

Jujuy

Salta

Catamarca

Ambiente de los salares

iquestImpacto en el ambiente

La Negra ChilePlanta

en Salta

- La existencia de costras soacutelidas de sal es soacutelo una caracteriacutestica superficial que estaacute presente en algunos salares pero no es representativa de la complejidad del sistema

- Un salar tiene asociado un cuerpo subterraacuteneo de salmuera que lo alimenta y tiene diferentes lsquofaciesrsquo de sales en profundidad como cloruro de sodio (halita) cloruros y sulfatos de potasio y magnesio y otros sulfatos y carbonatos

Geologiacutea de un Salar

Produccioacuten Global de litio(en metal equivalente)

- La existencia de costras soacutelidas de sal es soacutelo una caracteriacutestica superficial que estaacute presente en algunos salares pero no es representativa de la complejidad del sistema

- Un salar tiene asociado un cuerpo subterraacuteneo de salmuera que lo alimenta y tiene diferentes lsquofaciesrsquo de sales en profundidad como cloruro de sodio (halita) cloruros y sulfatos de potasio y magnesio y otros sulfatos y carbonatos

Geologiacutea de un Salar

Aspectos de relevanciaConsumo y contaminacioacuten de agua impactos en el paisaje introduccioacuten de caminos de exploracioacuten en ecosistemas sensibles instalacioacuten de infraestructura impacto en la flora y fauna de la actividad industrial donde antes no la habiacutea generacioacuten de residuos soacutelidos y quiacutemicos

La salmuera es bombeada mediante perforaciones y luego se la expone al sol para

evaporar el liacutequido y concentrar los componentes de intereacutes La concentracioacuten de litio en las salmueras es baja y variacutea dentro de

cada salar y entre los distintos salares fluctuando entre unas pocas decenas de partes por milloacuten y poco maacutes de mil de acuerdo con

estos valores puede estimarse que por cada tonelada de litio extraiacuteda se evaporan alrededor

de dos millones de litros de agua clara evidencia de que la mineriacutea del litio en salares es

una mineriacutea del agua

iquestA quieacuten impacta

ldquoNo puede ni debe realizarse ninguacuten tipo de actividad minera sin el consentimiento libre previo e informado de las comunidades involucradasrdquo

Y nosotros que podemos hacerDesarrollo de nuevos materialesPreparacioacuten de materiales

CaracterizacioacutenEstudios Teoacutericos

Y nosotros que podemos hacerDesarrollo de nuevos materialesPreparacioacuten de materiales

CaracterizacioacutenEstudios Teoacutericos

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Page 29: Presentación de PowerPoint - famaf.unc.edu.ar · Oxido de Titanio Anodos importantes en uso Compuestos de intercalación Sn + xe-+ xLi+  Li ... Ensamble de celda y caracterización

Bateriacuteas Recargables de ioacuten Li+ en uso actual

CaacutetodoLiXCoO2

AnodoLiXC6

Solucioacuten de Electrolito Etilen-Carbonato amp Di-Metil Carbonato LiPF6 Voltaje 37 V Densidad de Energiacutea 150 WhKg

CathodeSurface films

AnodeSurface films

D Aurbach et Al Materials Today 2014

Anodos para Bateriacuteas recargables de ioacuten-Li

Li4Ti5O12 + 3Li+ + 3 e- harr Li7Ti5O12

Li1-xC6 + xLi+ + x e- harr LiC6

MX + 2eminus + 2Li+ M + Li2X

MX2 + eminus + Li+ + LiMX2

Insercioacuten

Conversioacuten

Capacidad Praacutectica 160 mAhg

LiC6

LiC12

Grafito

Oxido de Titanio

Anodos importantes en uso Compuestos de intercalacioacuten

Sn + xe- + xLi+ lt=gt LixSn x 44 gt900 mAhgSi + xe- + xLi+ lt=gt LixSi x 44 gt4000 mAhg

Problema se necesitan Nano estructuras

Capacidad Praacutectica 330 mAhg

12

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240 50 100 150 50 100 150

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Voltag

e V

vs LiL

i+

Capacity mAhg-1

0 100 200 30000

04

08

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100 200 30000

04

08

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Voltag

e V

vs LiL

i+

Capacity mAhg-1

iquestY nosotros queacute podemos hacerDesarrollo de nuevos materiales

- Preparacioacuten de materiales- Caracterizacioacuten- Estudios Teoacutericos y Simulaciones

Desarrollo de nuevos materiales- Preparacioacuten de materiales- Caracterizacioacuten- Estudios Teoacutericos y Simulaciones

iquestY nosotros queacute podemos hacer

Metodologiacutea de trabajo Siacutentesis de materiales activos

Caracterizacioacuten estructural y morfoloacutegica

Ensamble de celda y caracterizacioacuten electroquiacutemica

ModeloTeoacuterico

Simulacioacuten Computacional

Anaacutelisis e Interpretacioacuten

Estudios Teoacutericos

Estudios Experimentales

Liacuteneas de trabajo en el LaES

- Desarrollo y caracterizacioacuten de materiales para aacutenodos Basados en Carbono Titanatos de litio Silicio y Estantildeo

- Desarrollo y caracterizacioacuten de materiales para caacutetodos Basados en Azufre

- Simulaciones computacionalesInsercioacuten de iones litio en grafito y titanatos de litioModelado de materiales de carbonos porosos(Dinaacutemica Molecular Teoriacutea DFT Mecaacutenica

Estadiacutestica Montecarlo)

iexclMuchas gracias

laeslabuncgmailcom

Algunos temas de trabajo- Materiales hiacutebridos basados en carbono como electrodos para bateriacuteas de Li

Dra Guillermina Luque

- Agregado de aditivos y modificacioacuten de separadores para mejorar la performance de baterias de litio-azufre Dr Germaacuten Lener Dra Andrea Calderoacuten Dra Victoria Bracamonte

- Construccioacuten y caracterizacioacuten experimental y teoacuterica de dispositivos de conversioacuten fotovoltaica basados en perovskitas de halogenuros organometaacutelicos

Dr Agustiacuten Sigal

- Trabajo experimental y teoacuterico de materiales para electrodos de bateriacuteas azufre-litio y ioacuten-litio

Dr Germaacuten Lener Dr Agustiacuten Sigal

Algunos temas de trabajo- Estudios de la insercioacuten de iones de Li en compuestos de intercalacioacuten utilizados como electrodos de celdas de ion-Li

Dr Eduardo Perassi

- Caacutelculos ab-initio y simulaciones computacionales de sistemas relacionados con bateriacuteas de Litio celdas de combustible y adsorcioacuten sobre superficies Dra Cecilia Gimenez y Dr Luis Reinaudi

- Materiales activos de electrodo basados en oacutexidos de titanio y titanatos de metales alcalinos para su aplicacioacuten como aacutenodos en bateriacuteas de ioacuten-litio

Dr Osvaldo Caacutemara y Dra Fabiana Oliva

- Partiacuteculas aislantes vs partiacuteculas conductoras Efectos de la percolacioacuten en la conduccioacuten eleacutectrica

Dr Patricio Veacutelez

Algunas estrategias de ensamble

pero no solo para

automoacutevileshellip

iquesthogares sutentables

Vectores - Oportunidades = Litio (como bateriacuteas de Litio)

bullBateriacuteas de ion-Li En 2007 se produjeron mundialmente 2500000000 de bateriacuteas de Li

Se proyecta una utilizacioacuten de 20000 t en la fabricacioacuten de bateriacuteas para vehiacuteculos eleacutectricos cuya produccioacuten estimada es de 500000 vehiacuteculos eleacutectricos en 2015 y 15 millones en 2020 Se consumen actualmente 100000 toneladas en el mercado mundial

Ameacuterica Latina concentra entre el 50 y el 80 de las reservas mundiales (Bolivia Chile Argentina)

El Litio es un material no contaminante (en todo caso antidepresivo)

Tecnologiacutea Madura

Bateriacutea de Cinc-Cobre Reacciones Reacutedox

Cu+2 + 2e rarr Cu Reduccioacuten Zn rarr Zn+2 + 2e Oxidacioacuten

Proceso netoCu+2 + Zn rarr Cu + Zn+2 11 Volts

Proceso Electroquiacutemico

Clasificacioacuten General

a)Bateriacuteas productoras de Energiacutea Bateriacuteas ldquoPrimariasrdquo

- Cinc-Carboacuten (comuacuten)- Cinc-Carboacuten Alcalinas- Tipo ldquobotoacutenrdquo (de reloj)

b) Bateriacuteas de almacenamiento de Energiacutea Bateriacuteas ldquoSecundariasrdquo o ldquoRecargablesrdquo

- Plomo-aacutecido- Niacutequel-Cadmio- Niacutequel-Metal hidruro- Litio metaacutelico (en desuso)- Ioacuten-Litio

Utiles como Vectores Energeacuteticos

Un solo uso

Quiacutemica de las Bateriacuteas mas comunes

1) ldquoPilardquo de Leclancheacute o ldquopila secardquo Cinc-carbon (Zn-C)

Zn (metal) pasta de NH4ClndashZnCl2 oacutexido de manganeso + carboacuten grafitoelectrodo (-) electrodo (+)

REACCIONES

Zn Zn2+(ac) + 2 e

ndash Anodo (-)

2 MnO2(s) + 2endash + hellip 2 MnO(OH)(s) + Caacutetodo (+)

Diferencia de Potencial Eleacutectrico

Voltaje 150 Volts

Bateriacuteas ldquoPrimariasrdquo

Aacutenodo de grafitoproceso de cargado

Colector de corriente

Grafeno

Nube de electrones

Bateriacutea de ion-litio

Anodo Construido sobre una laacutemina de Cobre de 10-20 mm de espesor

Caacutetodo Construido sobre una laacutemina de Aluminio de 10-20 mm de espesor

Bateriacutea 18650 37 V 2100 mAh

bullBateriacuteas de ion-Li En 2007 se produjeron mundialmente 2500000000 de bateriacuteas de Li

Se proyecta una utilizacioacuten de 20000 t de Litio en la fabricacioacuten de bateriacuteas para vehiacuteculos eleacutectricos cuya produccioacuten estimada es de 500000 vehiacuteculos eleacutectricos en 2015 y 15 millones en 2020 Se consumen actualmente 100000 toneladas en el mercado mundial

Ameacuterica Latina concentra entre el 50 y el 70 de las reservas mundiales (Bolivia Chile Argentina)

El Li es un material no contaminante(en todo caso antidepresivo)

Tecnologiacutea Madura

Datos Interesantes

Energiacuteas especiacuteficas

Minerales conteniendo Litio

54

Ocurrencia Li en la corteza terrestre 0006 (entre los 27 mas abundantes) Se conocen mas de 150 minerales portadores de Li

Yacimientos Minerales de Pegmatitas Presente en magmas de baja viscosidad Pegmatitas de estructura zonada Se encuentra junto a Casiterita Berilo Apatita Columbita Granate Turmalina Feldespato Cuarzo Micas y otros

Salmueras Naturales Lagos salinos y salares Yacimientos de evaporacioacuten (minerales evaporiacuteticos) Alta solubilidad del Cloruro de Li Zonas aacuteridas

Imagen Nombre Foacutermula de Li2O

Espodumeno Li2O Al2O34SiO2

(PF 37620)804

(37 Li)

Lepidolita Li2AlSi4O10(FOH)(PF 37334)

3 ndash 6(37 Li)

Zinnwaldita KLiFeAl2Si3O10(OHF)(PF 42011)

2 ndash 4(17 Li)

Ambligonita Li Al(FOH)PO4

(PF 14587)101

(48 Li)

Tipos de Minerales

- Explotacioacuten extraccioacuten de aguas subterraacuteneas salinas- Procesamiento - Bombeo de salmueras (conteniendo 300 - 1500 ppm Li+) - Evaporacioacuten y Concentracioacuten de Litio (aprox factor gt10) - Purificacioacuten de salmueras Agregado de Ca(OH)2

separacioacuten de Mg(OH)2 boacuterax sulfatos

- Adicioacuten de Na2CO3 obtencioacuten de Li2CO3

Recuperacioacuten de aprox 90 de Li de la salmuera inicialSubproductos KCl CaSO4 2H2O(yeso) Mg(OH)2 Boacuterax

Obtencioacuten de Litio desde los Salares

Li2CO3

Reservas de Litio a nivel global

Reservas desde salares

Ameacuterica del sur guarda el 75 de las reservas de Litio mundiales

iquestFuturo de las bateriacuteas de Ion-LibullBateriacuteas de litio-aire

iquestFuturo de las bateriacuteas de Ion-LibullBateriacuteas de litio-aire

Algunas conclusiones El almacenamiento de energiacutea hoy juega un rol determinante para reemplazar el petroacuteleo con energiacuteas alternativas

El desarrollo del aacutenodo de grafito significoacute un profundo salto en el desarrollo de las bateriacuteas de litio

Por su versatilidad la bateriacutea de ioacuten-litio puede satisfacer necesidades de requerimientos muy variados

Hoy es posible desarrollar e investigar bateriacuteas de ion-Li en la Argentina

Particularmente en nuestra universidad se estaacute investigando en el disentildeo estudio y preparacioacuten de materiales alternativos para electrodos de estas bateriacuteas

Litio

66

Siacutembolo quiacutemico LiNuacutemero Atoacutemico (Z) 3Elemento perteneciente al Grupo I Metales Alcalinos (1s2 2s1)Peso Atoacutemico 6941 umaEs el elemento metaacutelico maacutes liviano que existe a temperatura ambiente Soacutelido a temperatura ambienteIsoacutetopos 6 Li Abundancia 742 No Radioactivo

7 Li Abundancia 9258 No Radioactivo 5 Li 8 Li 9Li Isoacutetopos artificiales

Estado de Oxidacioacuten 1+ (catioacuten Li+)Radio atoacutemico 0152 nm (metal)Radio ioacutenico (Li+) 0060 nm

Caracteriacuteticas

67

Metal blanco lustre plateado y dureza de 06 (maacutes blando que el plomo) Densidad alrededor de la mitad del aguaEs altamente reactivo y se asemeja al sodio en su comportamiento quiacutemico El Cloruro de Litio es muy soluble en agua Los Carbonatos Fluoruros y Fosfatos de litio son muy poco solubles en agua Reacciona muy raacutepidamente con el aire (O2 y N2) y con agua

Debe ser almacenado sumergido en un liacutequido orgaacutenico (hidrocarburo) como nafta kerosene etc El metal arde fuertemente en aire con llama blanca brillante Las soluciones acuosas de Li+ imparten un color rojo carmesiacute a la llama

Litio y derivadosArbol de Litio

Ton Li 2CO

3

Uso proyectado en celulares

Yacimientos de minerales en Argentina

Pegmatitas Sierras Pampeanas San Luis CoacuterdobaSan Juan La Rioja Catamarca Salta Jujuy

Tipos de Minerales Silicatos Espodumeno LiAlSi2O6 (75 a 8 LiO2)

Petalita LiAlSi4O10

Micas Lepidolita K[LiAl]3[AlSi]4O10[FOH]2

Zinwaldita K[LiAlFe]3[AlSi]4O10[FOH]2

Fosfatos Litiofilita (MnLi)PO4

Ambligonita (LiNa)Al(FOH)PO4

Yacimientos en Argentina

Salares y Salmueras NaturalesZona de la Puna Salta Jujuy y Catamarca

Jujuy

Salta

Catamarca

Ambiente de los salares

iquestImpacto en el ambiente

La Negra ChilePlanta

en Salta

- La existencia de costras soacutelidas de sal es soacutelo una caracteriacutestica superficial que estaacute presente en algunos salares pero no es representativa de la complejidad del sistema

- Un salar tiene asociado un cuerpo subterraacuteneo de salmuera que lo alimenta y tiene diferentes lsquofaciesrsquo de sales en profundidad como cloruro de sodio (halita) cloruros y sulfatos de potasio y magnesio y otros sulfatos y carbonatos

Geologiacutea de un Salar

Produccioacuten Global de litio(en metal equivalente)

- La existencia de costras soacutelidas de sal es soacutelo una caracteriacutestica superficial que estaacute presente en algunos salares pero no es representativa de la complejidad del sistema

- Un salar tiene asociado un cuerpo subterraacuteneo de salmuera que lo alimenta y tiene diferentes lsquofaciesrsquo de sales en profundidad como cloruro de sodio (halita) cloruros y sulfatos de potasio y magnesio y otros sulfatos y carbonatos

Geologiacutea de un Salar

Aspectos de relevanciaConsumo y contaminacioacuten de agua impactos en el paisaje introduccioacuten de caminos de exploracioacuten en ecosistemas sensibles instalacioacuten de infraestructura impacto en la flora y fauna de la actividad industrial donde antes no la habiacutea generacioacuten de residuos soacutelidos y quiacutemicos

La salmuera es bombeada mediante perforaciones y luego se la expone al sol para

evaporar el liacutequido y concentrar los componentes de intereacutes La concentracioacuten de litio en las salmueras es baja y variacutea dentro de

cada salar y entre los distintos salares fluctuando entre unas pocas decenas de partes por milloacuten y poco maacutes de mil de acuerdo con

estos valores puede estimarse que por cada tonelada de litio extraiacuteda se evaporan alrededor

de dos millones de litros de agua clara evidencia de que la mineriacutea del litio en salares es

una mineriacutea del agua

iquestA quieacuten impacta

ldquoNo puede ni debe realizarse ninguacuten tipo de actividad minera sin el consentimiento libre previo e informado de las comunidades involucradasrdquo

Y nosotros que podemos hacerDesarrollo de nuevos materialesPreparacioacuten de materiales

CaracterizacioacutenEstudios Teoacutericos

Y nosotros que podemos hacerDesarrollo de nuevos materialesPreparacioacuten de materiales

CaracterizacioacutenEstudios Teoacutericos

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Page 30: Presentación de PowerPoint - famaf.unc.edu.ar · Oxido de Titanio Anodos importantes en uso Compuestos de intercalación Sn + xe-+ xLi+  Li ... Ensamble de celda y caracterización

Anodos para Bateriacuteas recargables de ioacuten-Li

Li4Ti5O12 + 3Li+ + 3 e- harr Li7Ti5O12

Li1-xC6 + xLi+ + x e- harr LiC6

MX + 2eminus + 2Li+ M + Li2X

MX2 + eminus + Li+ + LiMX2

Insercioacuten

Conversioacuten

Capacidad Praacutectica 160 mAhg

LiC6

LiC12

Grafito

Oxido de Titanio

Anodos importantes en uso Compuestos de intercalacioacuten

Sn + xe- + xLi+ lt=gt LixSn x 44 gt900 mAhgSi + xe- + xLi+ lt=gt LixSi x 44 gt4000 mAhg

Problema se necesitan Nano estructuras

Capacidad Praacutectica 330 mAhg

12

16

20

240 50 100 150 50 100 150

12

16

20

24

Voltag

e V

vs LiL

i+

Capacity mAhg-1

0 100 200 30000

04

08

12

100 200 30000

04

08

12

Voltag

e V

vs LiL

i+

Capacity mAhg-1

iquestY nosotros queacute podemos hacerDesarrollo de nuevos materiales

- Preparacioacuten de materiales- Caracterizacioacuten- Estudios Teoacutericos y Simulaciones

Desarrollo de nuevos materiales- Preparacioacuten de materiales- Caracterizacioacuten- Estudios Teoacutericos y Simulaciones

iquestY nosotros queacute podemos hacer

Metodologiacutea de trabajo Siacutentesis de materiales activos

Caracterizacioacuten estructural y morfoloacutegica

Ensamble de celda y caracterizacioacuten electroquiacutemica

ModeloTeoacuterico

Simulacioacuten Computacional

Anaacutelisis e Interpretacioacuten

Estudios Teoacutericos

Estudios Experimentales

Liacuteneas de trabajo en el LaES

- Desarrollo y caracterizacioacuten de materiales para aacutenodos Basados en Carbono Titanatos de litio Silicio y Estantildeo

- Desarrollo y caracterizacioacuten de materiales para caacutetodos Basados en Azufre

- Simulaciones computacionalesInsercioacuten de iones litio en grafito y titanatos de litioModelado de materiales de carbonos porosos(Dinaacutemica Molecular Teoriacutea DFT Mecaacutenica

Estadiacutestica Montecarlo)

iexclMuchas gracias

laeslabuncgmailcom

Algunos temas de trabajo- Materiales hiacutebridos basados en carbono como electrodos para bateriacuteas de Li

Dra Guillermina Luque

- Agregado de aditivos y modificacioacuten de separadores para mejorar la performance de baterias de litio-azufre Dr Germaacuten Lener Dra Andrea Calderoacuten Dra Victoria Bracamonte

- Construccioacuten y caracterizacioacuten experimental y teoacuterica de dispositivos de conversioacuten fotovoltaica basados en perovskitas de halogenuros organometaacutelicos

Dr Agustiacuten Sigal

- Trabajo experimental y teoacuterico de materiales para electrodos de bateriacuteas azufre-litio y ioacuten-litio

Dr Germaacuten Lener Dr Agustiacuten Sigal

Algunos temas de trabajo- Estudios de la insercioacuten de iones de Li en compuestos de intercalacioacuten utilizados como electrodos de celdas de ion-Li

Dr Eduardo Perassi

- Caacutelculos ab-initio y simulaciones computacionales de sistemas relacionados con bateriacuteas de Litio celdas de combustible y adsorcioacuten sobre superficies Dra Cecilia Gimenez y Dr Luis Reinaudi

- Materiales activos de electrodo basados en oacutexidos de titanio y titanatos de metales alcalinos para su aplicacioacuten como aacutenodos en bateriacuteas de ioacuten-litio

Dr Osvaldo Caacutemara y Dra Fabiana Oliva

- Partiacuteculas aislantes vs partiacuteculas conductoras Efectos de la percolacioacuten en la conduccioacuten eleacutectrica

Dr Patricio Veacutelez

Algunas estrategias de ensamble

pero no solo para

automoacutevileshellip

iquesthogares sutentables

Vectores - Oportunidades = Litio (como bateriacuteas de Litio)

bullBateriacuteas de ion-Li En 2007 se produjeron mundialmente 2500000000 de bateriacuteas de Li

Se proyecta una utilizacioacuten de 20000 t en la fabricacioacuten de bateriacuteas para vehiacuteculos eleacutectricos cuya produccioacuten estimada es de 500000 vehiacuteculos eleacutectricos en 2015 y 15 millones en 2020 Se consumen actualmente 100000 toneladas en el mercado mundial

Ameacuterica Latina concentra entre el 50 y el 80 de las reservas mundiales (Bolivia Chile Argentina)

El Litio es un material no contaminante (en todo caso antidepresivo)

Tecnologiacutea Madura

Bateriacutea de Cinc-Cobre Reacciones Reacutedox

Cu+2 + 2e rarr Cu Reduccioacuten Zn rarr Zn+2 + 2e Oxidacioacuten

Proceso netoCu+2 + Zn rarr Cu + Zn+2 11 Volts

Proceso Electroquiacutemico

Clasificacioacuten General

a)Bateriacuteas productoras de Energiacutea Bateriacuteas ldquoPrimariasrdquo

- Cinc-Carboacuten (comuacuten)- Cinc-Carboacuten Alcalinas- Tipo ldquobotoacutenrdquo (de reloj)

b) Bateriacuteas de almacenamiento de Energiacutea Bateriacuteas ldquoSecundariasrdquo o ldquoRecargablesrdquo

- Plomo-aacutecido- Niacutequel-Cadmio- Niacutequel-Metal hidruro- Litio metaacutelico (en desuso)- Ioacuten-Litio

Utiles como Vectores Energeacuteticos

Un solo uso

Quiacutemica de las Bateriacuteas mas comunes

1) ldquoPilardquo de Leclancheacute o ldquopila secardquo Cinc-carbon (Zn-C)

Zn (metal) pasta de NH4ClndashZnCl2 oacutexido de manganeso + carboacuten grafitoelectrodo (-) electrodo (+)

REACCIONES

Zn Zn2+(ac) + 2 e

ndash Anodo (-)

2 MnO2(s) + 2endash + hellip 2 MnO(OH)(s) + Caacutetodo (+)

Diferencia de Potencial Eleacutectrico

Voltaje 150 Volts

Bateriacuteas ldquoPrimariasrdquo

Aacutenodo de grafitoproceso de cargado

Colector de corriente

Grafeno

Nube de electrones

Bateriacutea de ion-litio

Anodo Construido sobre una laacutemina de Cobre de 10-20 mm de espesor

Caacutetodo Construido sobre una laacutemina de Aluminio de 10-20 mm de espesor

Bateriacutea 18650 37 V 2100 mAh

bullBateriacuteas de ion-Li En 2007 se produjeron mundialmente 2500000000 de bateriacuteas de Li

Se proyecta una utilizacioacuten de 20000 t de Litio en la fabricacioacuten de bateriacuteas para vehiacuteculos eleacutectricos cuya produccioacuten estimada es de 500000 vehiacuteculos eleacutectricos en 2015 y 15 millones en 2020 Se consumen actualmente 100000 toneladas en el mercado mundial

Ameacuterica Latina concentra entre el 50 y el 70 de las reservas mundiales (Bolivia Chile Argentina)

El Li es un material no contaminante(en todo caso antidepresivo)

Tecnologiacutea Madura

Datos Interesantes

Energiacuteas especiacuteficas

Minerales conteniendo Litio

54

Ocurrencia Li en la corteza terrestre 0006 (entre los 27 mas abundantes) Se conocen mas de 150 minerales portadores de Li

Yacimientos Minerales de Pegmatitas Presente en magmas de baja viscosidad Pegmatitas de estructura zonada Se encuentra junto a Casiterita Berilo Apatita Columbita Granate Turmalina Feldespato Cuarzo Micas y otros

Salmueras Naturales Lagos salinos y salares Yacimientos de evaporacioacuten (minerales evaporiacuteticos) Alta solubilidad del Cloruro de Li Zonas aacuteridas

Imagen Nombre Foacutermula de Li2O

Espodumeno Li2O Al2O34SiO2

(PF 37620)804

(37 Li)

Lepidolita Li2AlSi4O10(FOH)(PF 37334)

3 ndash 6(37 Li)

Zinnwaldita KLiFeAl2Si3O10(OHF)(PF 42011)

2 ndash 4(17 Li)

Ambligonita Li Al(FOH)PO4

(PF 14587)101

(48 Li)

Tipos de Minerales

- Explotacioacuten extraccioacuten de aguas subterraacuteneas salinas- Procesamiento - Bombeo de salmueras (conteniendo 300 - 1500 ppm Li+) - Evaporacioacuten y Concentracioacuten de Litio (aprox factor gt10) - Purificacioacuten de salmueras Agregado de Ca(OH)2

separacioacuten de Mg(OH)2 boacuterax sulfatos

- Adicioacuten de Na2CO3 obtencioacuten de Li2CO3

Recuperacioacuten de aprox 90 de Li de la salmuera inicialSubproductos KCl CaSO4 2H2O(yeso) Mg(OH)2 Boacuterax

Obtencioacuten de Litio desde los Salares

Li2CO3

Reservas de Litio a nivel global

Reservas desde salares

Ameacuterica del sur guarda el 75 de las reservas de Litio mundiales

iquestFuturo de las bateriacuteas de Ion-LibullBateriacuteas de litio-aire

iquestFuturo de las bateriacuteas de Ion-LibullBateriacuteas de litio-aire

Algunas conclusiones El almacenamiento de energiacutea hoy juega un rol determinante para reemplazar el petroacuteleo con energiacuteas alternativas

El desarrollo del aacutenodo de grafito significoacute un profundo salto en el desarrollo de las bateriacuteas de litio

Por su versatilidad la bateriacutea de ioacuten-litio puede satisfacer necesidades de requerimientos muy variados

Hoy es posible desarrollar e investigar bateriacuteas de ion-Li en la Argentina

Particularmente en nuestra universidad se estaacute investigando en el disentildeo estudio y preparacioacuten de materiales alternativos para electrodos de estas bateriacuteas

Litio

66

Siacutembolo quiacutemico LiNuacutemero Atoacutemico (Z) 3Elemento perteneciente al Grupo I Metales Alcalinos (1s2 2s1)Peso Atoacutemico 6941 umaEs el elemento metaacutelico maacutes liviano que existe a temperatura ambiente Soacutelido a temperatura ambienteIsoacutetopos 6 Li Abundancia 742 No Radioactivo

7 Li Abundancia 9258 No Radioactivo 5 Li 8 Li 9Li Isoacutetopos artificiales

Estado de Oxidacioacuten 1+ (catioacuten Li+)Radio atoacutemico 0152 nm (metal)Radio ioacutenico (Li+) 0060 nm

Caracteriacuteticas

67

Metal blanco lustre plateado y dureza de 06 (maacutes blando que el plomo) Densidad alrededor de la mitad del aguaEs altamente reactivo y se asemeja al sodio en su comportamiento quiacutemico El Cloruro de Litio es muy soluble en agua Los Carbonatos Fluoruros y Fosfatos de litio son muy poco solubles en agua Reacciona muy raacutepidamente con el aire (O2 y N2) y con agua

Debe ser almacenado sumergido en un liacutequido orgaacutenico (hidrocarburo) como nafta kerosene etc El metal arde fuertemente en aire con llama blanca brillante Las soluciones acuosas de Li+ imparten un color rojo carmesiacute a la llama

Litio y derivadosArbol de Litio

Ton Li 2CO

3

Uso proyectado en celulares

Yacimientos de minerales en Argentina

Pegmatitas Sierras Pampeanas San Luis CoacuterdobaSan Juan La Rioja Catamarca Salta Jujuy

Tipos de Minerales Silicatos Espodumeno LiAlSi2O6 (75 a 8 LiO2)

Petalita LiAlSi4O10

Micas Lepidolita K[LiAl]3[AlSi]4O10[FOH]2

Zinwaldita K[LiAlFe]3[AlSi]4O10[FOH]2

Fosfatos Litiofilita (MnLi)PO4

Ambligonita (LiNa)Al(FOH)PO4

Yacimientos en Argentina

Salares y Salmueras NaturalesZona de la Puna Salta Jujuy y Catamarca

Jujuy

Salta

Catamarca

Ambiente de los salares

iquestImpacto en el ambiente

La Negra ChilePlanta

en Salta

- La existencia de costras soacutelidas de sal es soacutelo una caracteriacutestica superficial que estaacute presente en algunos salares pero no es representativa de la complejidad del sistema

- Un salar tiene asociado un cuerpo subterraacuteneo de salmuera que lo alimenta y tiene diferentes lsquofaciesrsquo de sales en profundidad como cloruro de sodio (halita) cloruros y sulfatos de potasio y magnesio y otros sulfatos y carbonatos

Geologiacutea de un Salar

Produccioacuten Global de litio(en metal equivalente)

- La existencia de costras soacutelidas de sal es soacutelo una caracteriacutestica superficial que estaacute presente en algunos salares pero no es representativa de la complejidad del sistema

- Un salar tiene asociado un cuerpo subterraacuteneo de salmuera que lo alimenta y tiene diferentes lsquofaciesrsquo de sales en profundidad como cloruro de sodio (halita) cloruros y sulfatos de potasio y magnesio y otros sulfatos y carbonatos

Geologiacutea de un Salar

Aspectos de relevanciaConsumo y contaminacioacuten de agua impactos en el paisaje introduccioacuten de caminos de exploracioacuten en ecosistemas sensibles instalacioacuten de infraestructura impacto en la flora y fauna de la actividad industrial donde antes no la habiacutea generacioacuten de residuos soacutelidos y quiacutemicos

La salmuera es bombeada mediante perforaciones y luego se la expone al sol para

evaporar el liacutequido y concentrar los componentes de intereacutes La concentracioacuten de litio en las salmueras es baja y variacutea dentro de

cada salar y entre los distintos salares fluctuando entre unas pocas decenas de partes por milloacuten y poco maacutes de mil de acuerdo con

estos valores puede estimarse que por cada tonelada de litio extraiacuteda se evaporan alrededor

de dos millones de litros de agua clara evidencia de que la mineriacutea del litio en salares es

una mineriacutea del agua

iquestA quieacuten impacta

ldquoNo puede ni debe realizarse ninguacuten tipo de actividad minera sin el consentimiento libre previo e informado de las comunidades involucradasrdquo

Y nosotros que podemos hacerDesarrollo de nuevos materialesPreparacioacuten de materiales

CaracterizacioacutenEstudios Teoacutericos

Y nosotros que podemos hacerDesarrollo de nuevos materialesPreparacioacuten de materiales

CaracterizacioacutenEstudios Teoacutericos

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Page 31: Presentación de PowerPoint - famaf.unc.edu.ar · Oxido de Titanio Anodos importantes en uso Compuestos de intercalación Sn + xe-+ xLi+  Li ... Ensamble de celda y caracterización

iquestY nosotros queacute podemos hacerDesarrollo de nuevos materiales

- Preparacioacuten de materiales- Caracterizacioacuten- Estudios Teoacutericos y Simulaciones

Desarrollo de nuevos materiales- Preparacioacuten de materiales- Caracterizacioacuten- Estudios Teoacutericos y Simulaciones

iquestY nosotros queacute podemos hacer

Metodologiacutea de trabajo Siacutentesis de materiales activos

Caracterizacioacuten estructural y morfoloacutegica

Ensamble de celda y caracterizacioacuten electroquiacutemica

ModeloTeoacuterico

Simulacioacuten Computacional

Anaacutelisis e Interpretacioacuten

Estudios Teoacutericos

Estudios Experimentales

Liacuteneas de trabajo en el LaES

- Desarrollo y caracterizacioacuten de materiales para aacutenodos Basados en Carbono Titanatos de litio Silicio y Estantildeo

- Desarrollo y caracterizacioacuten de materiales para caacutetodos Basados en Azufre

- Simulaciones computacionalesInsercioacuten de iones litio en grafito y titanatos de litioModelado de materiales de carbonos porosos(Dinaacutemica Molecular Teoriacutea DFT Mecaacutenica

Estadiacutestica Montecarlo)

iexclMuchas gracias

laeslabuncgmailcom

Algunos temas de trabajo- Materiales hiacutebridos basados en carbono como electrodos para bateriacuteas de Li

Dra Guillermina Luque

- Agregado de aditivos y modificacioacuten de separadores para mejorar la performance de baterias de litio-azufre Dr Germaacuten Lener Dra Andrea Calderoacuten Dra Victoria Bracamonte

- Construccioacuten y caracterizacioacuten experimental y teoacuterica de dispositivos de conversioacuten fotovoltaica basados en perovskitas de halogenuros organometaacutelicos

Dr Agustiacuten Sigal

- Trabajo experimental y teoacuterico de materiales para electrodos de bateriacuteas azufre-litio y ioacuten-litio

Dr Germaacuten Lener Dr Agustiacuten Sigal

Algunos temas de trabajo- Estudios de la insercioacuten de iones de Li en compuestos de intercalacioacuten utilizados como electrodos de celdas de ion-Li

Dr Eduardo Perassi

- Caacutelculos ab-initio y simulaciones computacionales de sistemas relacionados con bateriacuteas de Litio celdas de combustible y adsorcioacuten sobre superficies Dra Cecilia Gimenez y Dr Luis Reinaudi

- Materiales activos de electrodo basados en oacutexidos de titanio y titanatos de metales alcalinos para su aplicacioacuten como aacutenodos en bateriacuteas de ioacuten-litio

Dr Osvaldo Caacutemara y Dra Fabiana Oliva

- Partiacuteculas aislantes vs partiacuteculas conductoras Efectos de la percolacioacuten en la conduccioacuten eleacutectrica

Dr Patricio Veacutelez

Algunas estrategias de ensamble

pero no solo para

automoacutevileshellip

iquesthogares sutentables

Vectores - Oportunidades = Litio (como bateriacuteas de Litio)

bullBateriacuteas de ion-Li En 2007 se produjeron mundialmente 2500000000 de bateriacuteas de Li

Se proyecta una utilizacioacuten de 20000 t en la fabricacioacuten de bateriacuteas para vehiacuteculos eleacutectricos cuya produccioacuten estimada es de 500000 vehiacuteculos eleacutectricos en 2015 y 15 millones en 2020 Se consumen actualmente 100000 toneladas en el mercado mundial

Ameacuterica Latina concentra entre el 50 y el 80 de las reservas mundiales (Bolivia Chile Argentina)

El Litio es un material no contaminante (en todo caso antidepresivo)

Tecnologiacutea Madura

Bateriacutea de Cinc-Cobre Reacciones Reacutedox

Cu+2 + 2e rarr Cu Reduccioacuten Zn rarr Zn+2 + 2e Oxidacioacuten

Proceso netoCu+2 + Zn rarr Cu + Zn+2 11 Volts

Proceso Electroquiacutemico

Clasificacioacuten General

a)Bateriacuteas productoras de Energiacutea Bateriacuteas ldquoPrimariasrdquo

- Cinc-Carboacuten (comuacuten)- Cinc-Carboacuten Alcalinas- Tipo ldquobotoacutenrdquo (de reloj)

b) Bateriacuteas de almacenamiento de Energiacutea Bateriacuteas ldquoSecundariasrdquo o ldquoRecargablesrdquo

- Plomo-aacutecido- Niacutequel-Cadmio- Niacutequel-Metal hidruro- Litio metaacutelico (en desuso)- Ioacuten-Litio

Utiles como Vectores Energeacuteticos

Un solo uso

Quiacutemica de las Bateriacuteas mas comunes

1) ldquoPilardquo de Leclancheacute o ldquopila secardquo Cinc-carbon (Zn-C)

Zn (metal) pasta de NH4ClndashZnCl2 oacutexido de manganeso + carboacuten grafitoelectrodo (-) electrodo (+)

REACCIONES

Zn Zn2+(ac) + 2 e

ndash Anodo (-)

2 MnO2(s) + 2endash + hellip 2 MnO(OH)(s) + Caacutetodo (+)

Diferencia de Potencial Eleacutectrico

Voltaje 150 Volts

Bateriacuteas ldquoPrimariasrdquo

Aacutenodo de grafitoproceso de cargado

Colector de corriente

Grafeno

Nube de electrones

Bateriacutea de ion-litio

Anodo Construido sobre una laacutemina de Cobre de 10-20 mm de espesor

Caacutetodo Construido sobre una laacutemina de Aluminio de 10-20 mm de espesor

Bateriacutea 18650 37 V 2100 mAh

bullBateriacuteas de ion-Li En 2007 se produjeron mundialmente 2500000000 de bateriacuteas de Li

Se proyecta una utilizacioacuten de 20000 t de Litio en la fabricacioacuten de bateriacuteas para vehiacuteculos eleacutectricos cuya produccioacuten estimada es de 500000 vehiacuteculos eleacutectricos en 2015 y 15 millones en 2020 Se consumen actualmente 100000 toneladas en el mercado mundial

Ameacuterica Latina concentra entre el 50 y el 70 de las reservas mundiales (Bolivia Chile Argentina)

El Li es un material no contaminante(en todo caso antidepresivo)

Tecnologiacutea Madura

Datos Interesantes

Energiacuteas especiacuteficas

Minerales conteniendo Litio

54

Ocurrencia Li en la corteza terrestre 0006 (entre los 27 mas abundantes) Se conocen mas de 150 minerales portadores de Li

Yacimientos Minerales de Pegmatitas Presente en magmas de baja viscosidad Pegmatitas de estructura zonada Se encuentra junto a Casiterita Berilo Apatita Columbita Granate Turmalina Feldespato Cuarzo Micas y otros

Salmueras Naturales Lagos salinos y salares Yacimientos de evaporacioacuten (minerales evaporiacuteticos) Alta solubilidad del Cloruro de Li Zonas aacuteridas

Imagen Nombre Foacutermula de Li2O

Espodumeno Li2O Al2O34SiO2

(PF 37620)804

(37 Li)

Lepidolita Li2AlSi4O10(FOH)(PF 37334)

3 ndash 6(37 Li)

Zinnwaldita KLiFeAl2Si3O10(OHF)(PF 42011)

2 ndash 4(17 Li)

Ambligonita Li Al(FOH)PO4

(PF 14587)101

(48 Li)

Tipos de Minerales

- Explotacioacuten extraccioacuten de aguas subterraacuteneas salinas- Procesamiento - Bombeo de salmueras (conteniendo 300 - 1500 ppm Li+) - Evaporacioacuten y Concentracioacuten de Litio (aprox factor gt10) - Purificacioacuten de salmueras Agregado de Ca(OH)2

separacioacuten de Mg(OH)2 boacuterax sulfatos

- Adicioacuten de Na2CO3 obtencioacuten de Li2CO3

Recuperacioacuten de aprox 90 de Li de la salmuera inicialSubproductos KCl CaSO4 2H2O(yeso) Mg(OH)2 Boacuterax

Obtencioacuten de Litio desde los Salares

Li2CO3

Reservas de Litio a nivel global

Reservas desde salares

Ameacuterica del sur guarda el 75 de las reservas de Litio mundiales

iquestFuturo de las bateriacuteas de Ion-LibullBateriacuteas de litio-aire

iquestFuturo de las bateriacuteas de Ion-LibullBateriacuteas de litio-aire

Algunas conclusiones El almacenamiento de energiacutea hoy juega un rol determinante para reemplazar el petroacuteleo con energiacuteas alternativas

El desarrollo del aacutenodo de grafito significoacute un profundo salto en el desarrollo de las bateriacuteas de litio

Por su versatilidad la bateriacutea de ioacuten-litio puede satisfacer necesidades de requerimientos muy variados

Hoy es posible desarrollar e investigar bateriacuteas de ion-Li en la Argentina

Particularmente en nuestra universidad se estaacute investigando en el disentildeo estudio y preparacioacuten de materiales alternativos para electrodos de estas bateriacuteas

Litio

66

Siacutembolo quiacutemico LiNuacutemero Atoacutemico (Z) 3Elemento perteneciente al Grupo I Metales Alcalinos (1s2 2s1)Peso Atoacutemico 6941 umaEs el elemento metaacutelico maacutes liviano que existe a temperatura ambiente Soacutelido a temperatura ambienteIsoacutetopos 6 Li Abundancia 742 No Radioactivo

7 Li Abundancia 9258 No Radioactivo 5 Li 8 Li 9Li Isoacutetopos artificiales

Estado de Oxidacioacuten 1+ (catioacuten Li+)Radio atoacutemico 0152 nm (metal)Radio ioacutenico (Li+) 0060 nm

Caracteriacuteticas

67

Metal blanco lustre plateado y dureza de 06 (maacutes blando que el plomo) Densidad alrededor de la mitad del aguaEs altamente reactivo y se asemeja al sodio en su comportamiento quiacutemico El Cloruro de Litio es muy soluble en agua Los Carbonatos Fluoruros y Fosfatos de litio son muy poco solubles en agua Reacciona muy raacutepidamente con el aire (O2 y N2) y con agua

Debe ser almacenado sumergido en un liacutequido orgaacutenico (hidrocarburo) como nafta kerosene etc El metal arde fuertemente en aire con llama blanca brillante Las soluciones acuosas de Li+ imparten un color rojo carmesiacute a la llama

Litio y derivadosArbol de Litio

Ton Li 2CO

3

Uso proyectado en celulares

Yacimientos de minerales en Argentina

Pegmatitas Sierras Pampeanas San Luis CoacuterdobaSan Juan La Rioja Catamarca Salta Jujuy

Tipos de Minerales Silicatos Espodumeno LiAlSi2O6 (75 a 8 LiO2)

Petalita LiAlSi4O10

Micas Lepidolita K[LiAl]3[AlSi]4O10[FOH]2

Zinwaldita K[LiAlFe]3[AlSi]4O10[FOH]2

Fosfatos Litiofilita (MnLi)PO4

Ambligonita (LiNa)Al(FOH)PO4

Yacimientos en Argentina

Salares y Salmueras NaturalesZona de la Puna Salta Jujuy y Catamarca

Jujuy

Salta

Catamarca

Ambiente de los salares

iquestImpacto en el ambiente

La Negra ChilePlanta

en Salta

- La existencia de costras soacutelidas de sal es soacutelo una caracteriacutestica superficial que estaacute presente en algunos salares pero no es representativa de la complejidad del sistema

- Un salar tiene asociado un cuerpo subterraacuteneo de salmuera que lo alimenta y tiene diferentes lsquofaciesrsquo de sales en profundidad como cloruro de sodio (halita) cloruros y sulfatos de potasio y magnesio y otros sulfatos y carbonatos

Geologiacutea de un Salar

Produccioacuten Global de litio(en metal equivalente)

- La existencia de costras soacutelidas de sal es soacutelo una caracteriacutestica superficial que estaacute presente en algunos salares pero no es representativa de la complejidad del sistema

- Un salar tiene asociado un cuerpo subterraacuteneo de salmuera que lo alimenta y tiene diferentes lsquofaciesrsquo de sales en profundidad como cloruro de sodio (halita) cloruros y sulfatos de potasio y magnesio y otros sulfatos y carbonatos

Geologiacutea de un Salar

Aspectos de relevanciaConsumo y contaminacioacuten de agua impactos en el paisaje introduccioacuten de caminos de exploracioacuten en ecosistemas sensibles instalacioacuten de infraestructura impacto en la flora y fauna de la actividad industrial donde antes no la habiacutea generacioacuten de residuos soacutelidos y quiacutemicos

La salmuera es bombeada mediante perforaciones y luego se la expone al sol para

evaporar el liacutequido y concentrar los componentes de intereacutes La concentracioacuten de litio en las salmueras es baja y variacutea dentro de

cada salar y entre los distintos salares fluctuando entre unas pocas decenas de partes por milloacuten y poco maacutes de mil de acuerdo con

estos valores puede estimarse que por cada tonelada de litio extraiacuteda se evaporan alrededor

de dos millones de litros de agua clara evidencia de que la mineriacutea del litio en salares es

una mineriacutea del agua

iquestA quieacuten impacta

ldquoNo puede ni debe realizarse ninguacuten tipo de actividad minera sin el consentimiento libre previo e informado de las comunidades involucradasrdquo

Y nosotros que podemos hacerDesarrollo de nuevos materialesPreparacioacuten de materiales

CaracterizacioacutenEstudios Teoacutericos

Y nosotros que podemos hacerDesarrollo de nuevos materialesPreparacioacuten de materiales

CaracterizacioacutenEstudios Teoacutericos

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Desarrollo de nuevos materiales- Preparacioacuten de materiales- Caracterizacioacuten- Estudios Teoacutericos y Simulaciones

iquestY nosotros queacute podemos hacer

Metodologiacutea de trabajo Siacutentesis de materiales activos

Caracterizacioacuten estructural y morfoloacutegica

Ensamble de celda y caracterizacioacuten electroquiacutemica

ModeloTeoacuterico

Simulacioacuten Computacional

Anaacutelisis e Interpretacioacuten

Estudios Teoacutericos

Estudios Experimentales

Liacuteneas de trabajo en el LaES

- Desarrollo y caracterizacioacuten de materiales para aacutenodos Basados en Carbono Titanatos de litio Silicio y Estantildeo

- Desarrollo y caracterizacioacuten de materiales para caacutetodos Basados en Azufre

- Simulaciones computacionalesInsercioacuten de iones litio en grafito y titanatos de litioModelado de materiales de carbonos porosos(Dinaacutemica Molecular Teoriacutea DFT Mecaacutenica

Estadiacutestica Montecarlo)

iexclMuchas gracias

laeslabuncgmailcom

Algunos temas de trabajo- Materiales hiacutebridos basados en carbono como electrodos para bateriacuteas de Li

Dra Guillermina Luque

- Agregado de aditivos y modificacioacuten de separadores para mejorar la performance de baterias de litio-azufre Dr Germaacuten Lener Dra Andrea Calderoacuten Dra Victoria Bracamonte

- Construccioacuten y caracterizacioacuten experimental y teoacuterica de dispositivos de conversioacuten fotovoltaica basados en perovskitas de halogenuros organometaacutelicos

Dr Agustiacuten Sigal

- Trabajo experimental y teoacuterico de materiales para electrodos de bateriacuteas azufre-litio y ioacuten-litio

Dr Germaacuten Lener Dr Agustiacuten Sigal

Algunos temas de trabajo- Estudios de la insercioacuten de iones de Li en compuestos de intercalacioacuten utilizados como electrodos de celdas de ion-Li

Dr Eduardo Perassi

- Caacutelculos ab-initio y simulaciones computacionales de sistemas relacionados con bateriacuteas de Litio celdas de combustible y adsorcioacuten sobre superficies Dra Cecilia Gimenez y Dr Luis Reinaudi

- Materiales activos de electrodo basados en oacutexidos de titanio y titanatos de metales alcalinos para su aplicacioacuten como aacutenodos en bateriacuteas de ioacuten-litio

Dr Osvaldo Caacutemara y Dra Fabiana Oliva

- Partiacuteculas aislantes vs partiacuteculas conductoras Efectos de la percolacioacuten en la conduccioacuten eleacutectrica

Dr Patricio Veacutelez

Algunas estrategias de ensamble

pero no solo para

automoacutevileshellip

iquesthogares sutentables

Vectores - Oportunidades = Litio (como bateriacuteas de Litio)

bullBateriacuteas de ion-Li En 2007 se produjeron mundialmente 2500000000 de bateriacuteas de Li

Se proyecta una utilizacioacuten de 20000 t en la fabricacioacuten de bateriacuteas para vehiacuteculos eleacutectricos cuya produccioacuten estimada es de 500000 vehiacuteculos eleacutectricos en 2015 y 15 millones en 2020 Se consumen actualmente 100000 toneladas en el mercado mundial

Ameacuterica Latina concentra entre el 50 y el 80 de las reservas mundiales (Bolivia Chile Argentina)

El Litio es un material no contaminante (en todo caso antidepresivo)

Tecnologiacutea Madura

Bateriacutea de Cinc-Cobre Reacciones Reacutedox

Cu+2 + 2e rarr Cu Reduccioacuten Zn rarr Zn+2 + 2e Oxidacioacuten

Proceso netoCu+2 + Zn rarr Cu + Zn+2 11 Volts

Proceso Electroquiacutemico

Clasificacioacuten General

a)Bateriacuteas productoras de Energiacutea Bateriacuteas ldquoPrimariasrdquo

- Cinc-Carboacuten (comuacuten)- Cinc-Carboacuten Alcalinas- Tipo ldquobotoacutenrdquo (de reloj)

b) Bateriacuteas de almacenamiento de Energiacutea Bateriacuteas ldquoSecundariasrdquo o ldquoRecargablesrdquo

- Plomo-aacutecido- Niacutequel-Cadmio- Niacutequel-Metal hidruro- Litio metaacutelico (en desuso)- Ioacuten-Litio

Utiles como Vectores Energeacuteticos

Un solo uso

Quiacutemica de las Bateriacuteas mas comunes

1) ldquoPilardquo de Leclancheacute o ldquopila secardquo Cinc-carbon (Zn-C)

Zn (metal) pasta de NH4ClndashZnCl2 oacutexido de manganeso + carboacuten grafitoelectrodo (-) electrodo (+)

REACCIONES

Zn Zn2+(ac) + 2 e

ndash Anodo (-)

2 MnO2(s) + 2endash + hellip 2 MnO(OH)(s) + Caacutetodo (+)

Diferencia de Potencial Eleacutectrico

Voltaje 150 Volts

Bateriacuteas ldquoPrimariasrdquo

Aacutenodo de grafitoproceso de cargado

Colector de corriente

Grafeno

Nube de electrones

Bateriacutea de ion-litio

Anodo Construido sobre una laacutemina de Cobre de 10-20 mm de espesor

Caacutetodo Construido sobre una laacutemina de Aluminio de 10-20 mm de espesor

Bateriacutea 18650 37 V 2100 mAh

bullBateriacuteas de ion-Li En 2007 se produjeron mundialmente 2500000000 de bateriacuteas de Li

Se proyecta una utilizacioacuten de 20000 t de Litio en la fabricacioacuten de bateriacuteas para vehiacuteculos eleacutectricos cuya produccioacuten estimada es de 500000 vehiacuteculos eleacutectricos en 2015 y 15 millones en 2020 Se consumen actualmente 100000 toneladas en el mercado mundial

Ameacuterica Latina concentra entre el 50 y el 70 de las reservas mundiales (Bolivia Chile Argentina)

El Li es un material no contaminante(en todo caso antidepresivo)

Tecnologiacutea Madura

Datos Interesantes

Energiacuteas especiacuteficas

Minerales conteniendo Litio

54

Ocurrencia Li en la corteza terrestre 0006 (entre los 27 mas abundantes) Se conocen mas de 150 minerales portadores de Li

Yacimientos Minerales de Pegmatitas Presente en magmas de baja viscosidad Pegmatitas de estructura zonada Se encuentra junto a Casiterita Berilo Apatita Columbita Granate Turmalina Feldespato Cuarzo Micas y otros

Salmueras Naturales Lagos salinos y salares Yacimientos de evaporacioacuten (minerales evaporiacuteticos) Alta solubilidad del Cloruro de Li Zonas aacuteridas

Imagen Nombre Foacutermula de Li2O

Espodumeno Li2O Al2O34SiO2

(PF 37620)804

(37 Li)

Lepidolita Li2AlSi4O10(FOH)(PF 37334)

3 ndash 6(37 Li)

Zinnwaldita KLiFeAl2Si3O10(OHF)(PF 42011)

2 ndash 4(17 Li)

Ambligonita Li Al(FOH)PO4

(PF 14587)101

(48 Li)

Tipos de Minerales

- Explotacioacuten extraccioacuten de aguas subterraacuteneas salinas- Procesamiento - Bombeo de salmueras (conteniendo 300 - 1500 ppm Li+) - Evaporacioacuten y Concentracioacuten de Litio (aprox factor gt10) - Purificacioacuten de salmueras Agregado de Ca(OH)2

separacioacuten de Mg(OH)2 boacuterax sulfatos

- Adicioacuten de Na2CO3 obtencioacuten de Li2CO3

Recuperacioacuten de aprox 90 de Li de la salmuera inicialSubproductos KCl CaSO4 2H2O(yeso) Mg(OH)2 Boacuterax

Obtencioacuten de Litio desde los Salares

Li2CO3

Reservas de Litio a nivel global

Reservas desde salares

Ameacuterica del sur guarda el 75 de las reservas de Litio mundiales

iquestFuturo de las bateriacuteas de Ion-LibullBateriacuteas de litio-aire

iquestFuturo de las bateriacuteas de Ion-LibullBateriacuteas de litio-aire

Algunas conclusiones El almacenamiento de energiacutea hoy juega un rol determinante para reemplazar el petroacuteleo con energiacuteas alternativas

El desarrollo del aacutenodo de grafito significoacute un profundo salto en el desarrollo de las bateriacuteas de litio

Por su versatilidad la bateriacutea de ioacuten-litio puede satisfacer necesidades de requerimientos muy variados

Hoy es posible desarrollar e investigar bateriacuteas de ion-Li en la Argentina

Particularmente en nuestra universidad se estaacute investigando en el disentildeo estudio y preparacioacuten de materiales alternativos para electrodos de estas bateriacuteas

Litio

66

Siacutembolo quiacutemico LiNuacutemero Atoacutemico (Z) 3Elemento perteneciente al Grupo I Metales Alcalinos (1s2 2s1)Peso Atoacutemico 6941 umaEs el elemento metaacutelico maacutes liviano que existe a temperatura ambiente Soacutelido a temperatura ambienteIsoacutetopos 6 Li Abundancia 742 No Radioactivo

7 Li Abundancia 9258 No Radioactivo 5 Li 8 Li 9Li Isoacutetopos artificiales

Estado de Oxidacioacuten 1+ (catioacuten Li+)Radio atoacutemico 0152 nm (metal)Radio ioacutenico (Li+) 0060 nm

Caracteriacuteticas

67

Metal blanco lustre plateado y dureza de 06 (maacutes blando que el plomo) Densidad alrededor de la mitad del aguaEs altamente reactivo y se asemeja al sodio en su comportamiento quiacutemico El Cloruro de Litio es muy soluble en agua Los Carbonatos Fluoruros y Fosfatos de litio son muy poco solubles en agua Reacciona muy raacutepidamente con el aire (O2 y N2) y con agua

Debe ser almacenado sumergido en un liacutequido orgaacutenico (hidrocarburo) como nafta kerosene etc El metal arde fuertemente en aire con llama blanca brillante Las soluciones acuosas de Li+ imparten un color rojo carmesiacute a la llama

Litio y derivadosArbol de Litio

Ton Li 2CO

3

Uso proyectado en celulares

Yacimientos de minerales en Argentina

Pegmatitas Sierras Pampeanas San Luis CoacuterdobaSan Juan La Rioja Catamarca Salta Jujuy

Tipos de Minerales Silicatos Espodumeno LiAlSi2O6 (75 a 8 LiO2)

Petalita LiAlSi4O10

Micas Lepidolita K[LiAl]3[AlSi]4O10[FOH]2

Zinwaldita K[LiAlFe]3[AlSi]4O10[FOH]2

Fosfatos Litiofilita (MnLi)PO4

Ambligonita (LiNa)Al(FOH)PO4

Yacimientos en Argentina

Salares y Salmueras NaturalesZona de la Puna Salta Jujuy y Catamarca

Jujuy

Salta

Catamarca

Ambiente de los salares

iquestImpacto en el ambiente

La Negra ChilePlanta

en Salta

- La existencia de costras soacutelidas de sal es soacutelo una caracteriacutestica superficial que estaacute presente en algunos salares pero no es representativa de la complejidad del sistema

- Un salar tiene asociado un cuerpo subterraacuteneo de salmuera que lo alimenta y tiene diferentes lsquofaciesrsquo de sales en profundidad como cloruro de sodio (halita) cloruros y sulfatos de potasio y magnesio y otros sulfatos y carbonatos

Geologiacutea de un Salar

Produccioacuten Global de litio(en metal equivalente)

- La existencia de costras soacutelidas de sal es soacutelo una caracteriacutestica superficial que estaacute presente en algunos salares pero no es representativa de la complejidad del sistema

- Un salar tiene asociado un cuerpo subterraacuteneo de salmuera que lo alimenta y tiene diferentes lsquofaciesrsquo de sales en profundidad como cloruro de sodio (halita) cloruros y sulfatos de potasio y magnesio y otros sulfatos y carbonatos

Geologiacutea de un Salar

Aspectos de relevanciaConsumo y contaminacioacuten de agua impactos en el paisaje introduccioacuten de caminos de exploracioacuten en ecosistemas sensibles instalacioacuten de infraestructura impacto en la flora y fauna de la actividad industrial donde antes no la habiacutea generacioacuten de residuos soacutelidos y quiacutemicos

La salmuera es bombeada mediante perforaciones y luego se la expone al sol para

evaporar el liacutequido y concentrar los componentes de intereacutes La concentracioacuten de litio en las salmueras es baja y variacutea dentro de

cada salar y entre los distintos salares fluctuando entre unas pocas decenas de partes por milloacuten y poco maacutes de mil de acuerdo con

estos valores puede estimarse que por cada tonelada de litio extraiacuteda se evaporan alrededor

de dos millones de litros de agua clara evidencia de que la mineriacutea del litio en salares es

una mineriacutea del agua

iquestA quieacuten impacta

ldquoNo puede ni debe realizarse ninguacuten tipo de actividad minera sin el consentimiento libre previo e informado de las comunidades involucradasrdquo

Y nosotros que podemos hacerDesarrollo de nuevos materialesPreparacioacuten de materiales

CaracterizacioacutenEstudios Teoacutericos

Y nosotros que podemos hacerDesarrollo de nuevos materialesPreparacioacuten de materiales

CaracterizacioacutenEstudios Teoacutericos

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Metodologiacutea de trabajo Siacutentesis de materiales activos

Caracterizacioacuten estructural y morfoloacutegica

Ensamble de celda y caracterizacioacuten electroquiacutemica

ModeloTeoacuterico

Simulacioacuten Computacional

Anaacutelisis e Interpretacioacuten

Estudios Teoacutericos

Estudios Experimentales

Liacuteneas de trabajo en el LaES

- Desarrollo y caracterizacioacuten de materiales para aacutenodos Basados en Carbono Titanatos de litio Silicio y Estantildeo

- Desarrollo y caracterizacioacuten de materiales para caacutetodos Basados en Azufre

- Simulaciones computacionalesInsercioacuten de iones litio en grafito y titanatos de litioModelado de materiales de carbonos porosos(Dinaacutemica Molecular Teoriacutea DFT Mecaacutenica

Estadiacutestica Montecarlo)

iexclMuchas gracias

laeslabuncgmailcom

Algunos temas de trabajo- Materiales hiacutebridos basados en carbono como electrodos para bateriacuteas de Li

Dra Guillermina Luque

- Agregado de aditivos y modificacioacuten de separadores para mejorar la performance de baterias de litio-azufre Dr Germaacuten Lener Dra Andrea Calderoacuten Dra Victoria Bracamonte

- Construccioacuten y caracterizacioacuten experimental y teoacuterica de dispositivos de conversioacuten fotovoltaica basados en perovskitas de halogenuros organometaacutelicos

Dr Agustiacuten Sigal

- Trabajo experimental y teoacuterico de materiales para electrodos de bateriacuteas azufre-litio y ioacuten-litio

Dr Germaacuten Lener Dr Agustiacuten Sigal

Algunos temas de trabajo- Estudios de la insercioacuten de iones de Li en compuestos de intercalacioacuten utilizados como electrodos de celdas de ion-Li

Dr Eduardo Perassi

- Caacutelculos ab-initio y simulaciones computacionales de sistemas relacionados con bateriacuteas de Litio celdas de combustible y adsorcioacuten sobre superficies Dra Cecilia Gimenez y Dr Luis Reinaudi

- Materiales activos de electrodo basados en oacutexidos de titanio y titanatos de metales alcalinos para su aplicacioacuten como aacutenodos en bateriacuteas de ioacuten-litio

Dr Osvaldo Caacutemara y Dra Fabiana Oliva

- Partiacuteculas aislantes vs partiacuteculas conductoras Efectos de la percolacioacuten en la conduccioacuten eleacutectrica

Dr Patricio Veacutelez

Algunas estrategias de ensamble

pero no solo para

automoacutevileshellip

iquesthogares sutentables

Vectores - Oportunidades = Litio (como bateriacuteas de Litio)

bullBateriacuteas de ion-Li En 2007 se produjeron mundialmente 2500000000 de bateriacuteas de Li

Se proyecta una utilizacioacuten de 20000 t en la fabricacioacuten de bateriacuteas para vehiacuteculos eleacutectricos cuya produccioacuten estimada es de 500000 vehiacuteculos eleacutectricos en 2015 y 15 millones en 2020 Se consumen actualmente 100000 toneladas en el mercado mundial

Ameacuterica Latina concentra entre el 50 y el 80 de las reservas mundiales (Bolivia Chile Argentina)

El Litio es un material no contaminante (en todo caso antidepresivo)

Tecnologiacutea Madura

Bateriacutea de Cinc-Cobre Reacciones Reacutedox

Cu+2 + 2e rarr Cu Reduccioacuten Zn rarr Zn+2 + 2e Oxidacioacuten

Proceso netoCu+2 + Zn rarr Cu + Zn+2 11 Volts

Proceso Electroquiacutemico

Clasificacioacuten General

a)Bateriacuteas productoras de Energiacutea Bateriacuteas ldquoPrimariasrdquo

- Cinc-Carboacuten (comuacuten)- Cinc-Carboacuten Alcalinas- Tipo ldquobotoacutenrdquo (de reloj)

b) Bateriacuteas de almacenamiento de Energiacutea Bateriacuteas ldquoSecundariasrdquo o ldquoRecargablesrdquo

- Plomo-aacutecido- Niacutequel-Cadmio- Niacutequel-Metal hidruro- Litio metaacutelico (en desuso)- Ioacuten-Litio

Utiles como Vectores Energeacuteticos

Un solo uso

Quiacutemica de las Bateriacuteas mas comunes

1) ldquoPilardquo de Leclancheacute o ldquopila secardquo Cinc-carbon (Zn-C)

Zn (metal) pasta de NH4ClndashZnCl2 oacutexido de manganeso + carboacuten grafitoelectrodo (-) electrodo (+)

REACCIONES

Zn Zn2+(ac) + 2 e

ndash Anodo (-)

2 MnO2(s) + 2endash + hellip 2 MnO(OH)(s) + Caacutetodo (+)

Diferencia de Potencial Eleacutectrico

Voltaje 150 Volts

Bateriacuteas ldquoPrimariasrdquo

Aacutenodo de grafitoproceso de cargado

Colector de corriente

Grafeno

Nube de electrones

Bateriacutea de ion-litio

Anodo Construido sobre una laacutemina de Cobre de 10-20 mm de espesor

Caacutetodo Construido sobre una laacutemina de Aluminio de 10-20 mm de espesor

Bateriacutea 18650 37 V 2100 mAh

bullBateriacuteas de ion-Li En 2007 se produjeron mundialmente 2500000000 de bateriacuteas de Li

Se proyecta una utilizacioacuten de 20000 t de Litio en la fabricacioacuten de bateriacuteas para vehiacuteculos eleacutectricos cuya produccioacuten estimada es de 500000 vehiacuteculos eleacutectricos en 2015 y 15 millones en 2020 Se consumen actualmente 100000 toneladas en el mercado mundial

Ameacuterica Latina concentra entre el 50 y el 70 de las reservas mundiales (Bolivia Chile Argentina)

El Li es un material no contaminante(en todo caso antidepresivo)

Tecnologiacutea Madura

Datos Interesantes

Energiacuteas especiacuteficas

Minerales conteniendo Litio

54

Ocurrencia Li en la corteza terrestre 0006 (entre los 27 mas abundantes) Se conocen mas de 150 minerales portadores de Li

Yacimientos Minerales de Pegmatitas Presente en magmas de baja viscosidad Pegmatitas de estructura zonada Se encuentra junto a Casiterita Berilo Apatita Columbita Granate Turmalina Feldespato Cuarzo Micas y otros

Salmueras Naturales Lagos salinos y salares Yacimientos de evaporacioacuten (minerales evaporiacuteticos) Alta solubilidad del Cloruro de Li Zonas aacuteridas

Imagen Nombre Foacutermula de Li2O

Espodumeno Li2O Al2O34SiO2

(PF 37620)804

(37 Li)

Lepidolita Li2AlSi4O10(FOH)(PF 37334)

3 ndash 6(37 Li)

Zinnwaldita KLiFeAl2Si3O10(OHF)(PF 42011)

2 ndash 4(17 Li)

Ambligonita Li Al(FOH)PO4

(PF 14587)101

(48 Li)

Tipos de Minerales

- Explotacioacuten extraccioacuten de aguas subterraacuteneas salinas- Procesamiento - Bombeo de salmueras (conteniendo 300 - 1500 ppm Li+) - Evaporacioacuten y Concentracioacuten de Litio (aprox factor gt10) - Purificacioacuten de salmueras Agregado de Ca(OH)2

separacioacuten de Mg(OH)2 boacuterax sulfatos

- Adicioacuten de Na2CO3 obtencioacuten de Li2CO3

Recuperacioacuten de aprox 90 de Li de la salmuera inicialSubproductos KCl CaSO4 2H2O(yeso) Mg(OH)2 Boacuterax

Obtencioacuten de Litio desde los Salares

Li2CO3

Reservas de Litio a nivel global

Reservas desde salares

Ameacuterica del sur guarda el 75 de las reservas de Litio mundiales

iquestFuturo de las bateriacuteas de Ion-LibullBateriacuteas de litio-aire

iquestFuturo de las bateriacuteas de Ion-LibullBateriacuteas de litio-aire

Algunas conclusiones El almacenamiento de energiacutea hoy juega un rol determinante para reemplazar el petroacuteleo con energiacuteas alternativas

El desarrollo del aacutenodo de grafito significoacute un profundo salto en el desarrollo de las bateriacuteas de litio

Por su versatilidad la bateriacutea de ioacuten-litio puede satisfacer necesidades de requerimientos muy variados

Hoy es posible desarrollar e investigar bateriacuteas de ion-Li en la Argentina

Particularmente en nuestra universidad se estaacute investigando en el disentildeo estudio y preparacioacuten de materiales alternativos para electrodos de estas bateriacuteas

Litio

66

Siacutembolo quiacutemico LiNuacutemero Atoacutemico (Z) 3Elemento perteneciente al Grupo I Metales Alcalinos (1s2 2s1)Peso Atoacutemico 6941 umaEs el elemento metaacutelico maacutes liviano que existe a temperatura ambiente Soacutelido a temperatura ambienteIsoacutetopos 6 Li Abundancia 742 No Radioactivo

7 Li Abundancia 9258 No Radioactivo 5 Li 8 Li 9Li Isoacutetopos artificiales

Estado de Oxidacioacuten 1+ (catioacuten Li+)Radio atoacutemico 0152 nm (metal)Radio ioacutenico (Li+) 0060 nm

Caracteriacuteticas

67

Metal blanco lustre plateado y dureza de 06 (maacutes blando que el plomo) Densidad alrededor de la mitad del aguaEs altamente reactivo y se asemeja al sodio en su comportamiento quiacutemico El Cloruro de Litio es muy soluble en agua Los Carbonatos Fluoruros y Fosfatos de litio son muy poco solubles en agua Reacciona muy raacutepidamente con el aire (O2 y N2) y con agua

Debe ser almacenado sumergido en un liacutequido orgaacutenico (hidrocarburo) como nafta kerosene etc El metal arde fuertemente en aire con llama blanca brillante Las soluciones acuosas de Li+ imparten un color rojo carmesiacute a la llama

Litio y derivadosArbol de Litio

Ton Li 2CO

3

Uso proyectado en celulares

Yacimientos de minerales en Argentina

Pegmatitas Sierras Pampeanas San Luis CoacuterdobaSan Juan La Rioja Catamarca Salta Jujuy

Tipos de Minerales Silicatos Espodumeno LiAlSi2O6 (75 a 8 LiO2)

Petalita LiAlSi4O10

Micas Lepidolita K[LiAl]3[AlSi]4O10[FOH]2

Zinwaldita K[LiAlFe]3[AlSi]4O10[FOH]2

Fosfatos Litiofilita (MnLi)PO4

Ambligonita (LiNa)Al(FOH)PO4

Yacimientos en Argentina

Salares y Salmueras NaturalesZona de la Puna Salta Jujuy y Catamarca

Jujuy

Salta

Catamarca

Ambiente de los salares

iquestImpacto en el ambiente

La Negra ChilePlanta

en Salta

- La existencia de costras soacutelidas de sal es soacutelo una caracteriacutestica superficial que estaacute presente en algunos salares pero no es representativa de la complejidad del sistema

- Un salar tiene asociado un cuerpo subterraacuteneo de salmuera que lo alimenta y tiene diferentes lsquofaciesrsquo de sales en profundidad como cloruro de sodio (halita) cloruros y sulfatos de potasio y magnesio y otros sulfatos y carbonatos

Geologiacutea de un Salar

Produccioacuten Global de litio(en metal equivalente)

- La existencia de costras soacutelidas de sal es soacutelo una caracteriacutestica superficial que estaacute presente en algunos salares pero no es representativa de la complejidad del sistema

- Un salar tiene asociado un cuerpo subterraacuteneo de salmuera que lo alimenta y tiene diferentes lsquofaciesrsquo de sales en profundidad como cloruro de sodio (halita) cloruros y sulfatos de potasio y magnesio y otros sulfatos y carbonatos

Geologiacutea de un Salar

Aspectos de relevanciaConsumo y contaminacioacuten de agua impactos en el paisaje introduccioacuten de caminos de exploracioacuten en ecosistemas sensibles instalacioacuten de infraestructura impacto en la flora y fauna de la actividad industrial donde antes no la habiacutea generacioacuten de residuos soacutelidos y quiacutemicos

La salmuera es bombeada mediante perforaciones y luego se la expone al sol para

evaporar el liacutequido y concentrar los componentes de intereacutes La concentracioacuten de litio en las salmueras es baja y variacutea dentro de

cada salar y entre los distintos salares fluctuando entre unas pocas decenas de partes por milloacuten y poco maacutes de mil de acuerdo con

estos valores puede estimarse que por cada tonelada de litio extraiacuteda se evaporan alrededor

de dos millones de litros de agua clara evidencia de que la mineriacutea del litio en salares es

una mineriacutea del agua

iquestA quieacuten impacta

ldquoNo puede ni debe realizarse ninguacuten tipo de actividad minera sin el consentimiento libre previo e informado de las comunidades involucradasrdquo

Y nosotros que podemos hacerDesarrollo de nuevos materialesPreparacioacuten de materiales

CaracterizacioacutenEstudios Teoacutericos

Y nosotros que podemos hacerDesarrollo de nuevos materialesPreparacioacuten de materiales

CaracterizacioacutenEstudios Teoacutericos

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Liacuteneas de trabajo en el LaES

- Desarrollo y caracterizacioacuten de materiales para aacutenodos Basados en Carbono Titanatos de litio Silicio y Estantildeo

- Desarrollo y caracterizacioacuten de materiales para caacutetodos Basados en Azufre

- Simulaciones computacionalesInsercioacuten de iones litio en grafito y titanatos de litioModelado de materiales de carbonos porosos(Dinaacutemica Molecular Teoriacutea DFT Mecaacutenica

Estadiacutestica Montecarlo)

iexclMuchas gracias

laeslabuncgmailcom

Algunos temas de trabajo- Materiales hiacutebridos basados en carbono como electrodos para bateriacuteas de Li

Dra Guillermina Luque

- Agregado de aditivos y modificacioacuten de separadores para mejorar la performance de baterias de litio-azufre Dr Germaacuten Lener Dra Andrea Calderoacuten Dra Victoria Bracamonte

- Construccioacuten y caracterizacioacuten experimental y teoacuterica de dispositivos de conversioacuten fotovoltaica basados en perovskitas de halogenuros organometaacutelicos

Dr Agustiacuten Sigal

- Trabajo experimental y teoacuterico de materiales para electrodos de bateriacuteas azufre-litio y ioacuten-litio

Dr Germaacuten Lener Dr Agustiacuten Sigal

Algunos temas de trabajo- Estudios de la insercioacuten de iones de Li en compuestos de intercalacioacuten utilizados como electrodos de celdas de ion-Li

Dr Eduardo Perassi

- Caacutelculos ab-initio y simulaciones computacionales de sistemas relacionados con bateriacuteas de Litio celdas de combustible y adsorcioacuten sobre superficies Dra Cecilia Gimenez y Dr Luis Reinaudi

- Materiales activos de electrodo basados en oacutexidos de titanio y titanatos de metales alcalinos para su aplicacioacuten como aacutenodos en bateriacuteas de ioacuten-litio

Dr Osvaldo Caacutemara y Dra Fabiana Oliva

- Partiacuteculas aislantes vs partiacuteculas conductoras Efectos de la percolacioacuten en la conduccioacuten eleacutectrica

Dr Patricio Veacutelez

Algunas estrategias de ensamble

pero no solo para

automoacutevileshellip

iquesthogares sutentables

Vectores - Oportunidades = Litio (como bateriacuteas de Litio)

bullBateriacuteas de ion-Li En 2007 se produjeron mundialmente 2500000000 de bateriacuteas de Li

Se proyecta una utilizacioacuten de 20000 t en la fabricacioacuten de bateriacuteas para vehiacuteculos eleacutectricos cuya produccioacuten estimada es de 500000 vehiacuteculos eleacutectricos en 2015 y 15 millones en 2020 Se consumen actualmente 100000 toneladas en el mercado mundial

Ameacuterica Latina concentra entre el 50 y el 80 de las reservas mundiales (Bolivia Chile Argentina)

El Litio es un material no contaminante (en todo caso antidepresivo)

Tecnologiacutea Madura

Bateriacutea de Cinc-Cobre Reacciones Reacutedox

Cu+2 + 2e rarr Cu Reduccioacuten Zn rarr Zn+2 + 2e Oxidacioacuten

Proceso netoCu+2 + Zn rarr Cu + Zn+2 11 Volts

Proceso Electroquiacutemico

Clasificacioacuten General

a)Bateriacuteas productoras de Energiacutea Bateriacuteas ldquoPrimariasrdquo

- Cinc-Carboacuten (comuacuten)- Cinc-Carboacuten Alcalinas- Tipo ldquobotoacutenrdquo (de reloj)

b) Bateriacuteas de almacenamiento de Energiacutea Bateriacuteas ldquoSecundariasrdquo o ldquoRecargablesrdquo

- Plomo-aacutecido- Niacutequel-Cadmio- Niacutequel-Metal hidruro- Litio metaacutelico (en desuso)- Ioacuten-Litio

Utiles como Vectores Energeacuteticos

Un solo uso

Quiacutemica de las Bateriacuteas mas comunes

1) ldquoPilardquo de Leclancheacute o ldquopila secardquo Cinc-carbon (Zn-C)

Zn (metal) pasta de NH4ClndashZnCl2 oacutexido de manganeso + carboacuten grafitoelectrodo (-) electrodo (+)

REACCIONES

Zn Zn2+(ac) + 2 e

ndash Anodo (-)

2 MnO2(s) + 2endash + hellip 2 MnO(OH)(s) + Caacutetodo (+)

Diferencia de Potencial Eleacutectrico

Voltaje 150 Volts

Bateriacuteas ldquoPrimariasrdquo

Aacutenodo de grafitoproceso de cargado

Colector de corriente

Grafeno

Nube de electrones

Bateriacutea de ion-litio

Anodo Construido sobre una laacutemina de Cobre de 10-20 mm de espesor

Caacutetodo Construido sobre una laacutemina de Aluminio de 10-20 mm de espesor

Bateriacutea 18650 37 V 2100 mAh

bullBateriacuteas de ion-Li En 2007 se produjeron mundialmente 2500000000 de bateriacuteas de Li

Se proyecta una utilizacioacuten de 20000 t de Litio en la fabricacioacuten de bateriacuteas para vehiacuteculos eleacutectricos cuya produccioacuten estimada es de 500000 vehiacuteculos eleacutectricos en 2015 y 15 millones en 2020 Se consumen actualmente 100000 toneladas en el mercado mundial

Ameacuterica Latina concentra entre el 50 y el 70 de las reservas mundiales (Bolivia Chile Argentina)

El Li es un material no contaminante(en todo caso antidepresivo)

Tecnologiacutea Madura

Datos Interesantes

Energiacuteas especiacuteficas

Minerales conteniendo Litio

54

Ocurrencia Li en la corteza terrestre 0006 (entre los 27 mas abundantes) Se conocen mas de 150 minerales portadores de Li

Yacimientos Minerales de Pegmatitas Presente en magmas de baja viscosidad Pegmatitas de estructura zonada Se encuentra junto a Casiterita Berilo Apatita Columbita Granate Turmalina Feldespato Cuarzo Micas y otros

Salmueras Naturales Lagos salinos y salares Yacimientos de evaporacioacuten (minerales evaporiacuteticos) Alta solubilidad del Cloruro de Li Zonas aacuteridas

Imagen Nombre Foacutermula de Li2O

Espodumeno Li2O Al2O34SiO2

(PF 37620)804

(37 Li)

Lepidolita Li2AlSi4O10(FOH)(PF 37334)

3 ndash 6(37 Li)

Zinnwaldita KLiFeAl2Si3O10(OHF)(PF 42011)

2 ndash 4(17 Li)

Ambligonita Li Al(FOH)PO4

(PF 14587)101

(48 Li)

Tipos de Minerales

- Explotacioacuten extraccioacuten de aguas subterraacuteneas salinas- Procesamiento - Bombeo de salmueras (conteniendo 300 - 1500 ppm Li+) - Evaporacioacuten y Concentracioacuten de Litio (aprox factor gt10) - Purificacioacuten de salmueras Agregado de Ca(OH)2

separacioacuten de Mg(OH)2 boacuterax sulfatos

- Adicioacuten de Na2CO3 obtencioacuten de Li2CO3

Recuperacioacuten de aprox 90 de Li de la salmuera inicialSubproductos KCl CaSO4 2H2O(yeso) Mg(OH)2 Boacuterax

Obtencioacuten de Litio desde los Salares

Li2CO3

Reservas de Litio a nivel global

Reservas desde salares

Ameacuterica del sur guarda el 75 de las reservas de Litio mundiales

iquestFuturo de las bateriacuteas de Ion-LibullBateriacuteas de litio-aire

iquestFuturo de las bateriacuteas de Ion-LibullBateriacuteas de litio-aire

Algunas conclusiones El almacenamiento de energiacutea hoy juega un rol determinante para reemplazar el petroacuteleo con energiacuteas alternativas

El desarrollo del aacutenodo de grafito significoacute un profundo salto en el desarrollo de las bateriacuteas de litio

Por su versatilidad la bateriacutea de ioacuten-litio puede satisfacer necesidades de requerimientos muy variados

Hoy es posible desarrollar e investigar bateriacuteas de ion-Li en la Argentina

Particularmente en nuestra universidad se estaacute investigando en el disentildeo estudio y preparacioacuten de materiales alternativos para electrodos de estas bateriacuteas

Litio

66

Siacutembolo quiacutemico LiNuacutemero Atoacutemico (Z) 3Elemento perteneciente al Grupo I Metales Alcalinos (1s2 2s1)Peso Atoacutemico 6941 umaEs el elemento metaacutelico maacutes liviano que existe a temperatura ambiente Soacutelido a temperatura ambienteIsoacutetopos 6 Li Abundancia 742 No Radioactivo

7 Li Abundancia 9258 No Radioactivo 5 Li 8 Li 9Li Isoacutetopos artificiales

Estado de Oxidacioacuten 1+ (catioacuten Li+)Radio atoacutemico 0152 nm (metal)Radio ioacutenico (Li+) 0060 nm

Caracteriacuteticas

67

Metal blanco lustre plateado y dureza de 06 (maacutes blando que el plomo) Densidad alrededor de la mitad del aguaEs altamente reactivo y se asemeja al sodio en su comportamiento quiacutemico El Cloruro de Litio es muy soluble en agua Los Carbonatos Fluoruros y Fosfatos de litio son muy poco solubles en agua Reacciona muy raacutepidamente con el aire (O2 y N2) y con agua

Debe ser almacenado sumergido en un liacutequido orgaacutenico (hidrocarburo) como nafta kerosene etc El metal arde fuertemente en aire con llama blanca brillante Las soluciones acuosas de Li+ imparten un color rojo carmesiacute a la llama

Litio y derivadosArbol de Litio

Ton Li 2CO

3

Uso proyectado en celulares

Yacimientos de minerales en Argentina

Pegmatitas Sierras Pampeanas San Luis CoacuterdobaSan Juan La Rioja Catamarca Salta Jujuy

Tipos de Minerales Silicatos Espodumeno LiAlSi2O6 (75 a 8 LiO2)

Petalita LiAlSi4O10

Micas Lepidolita K[LiAl]3[AlSi]4O10[FOH]2

Zinwaldita K[LiAlFe]3[AlSi]4O10[FOH]2

Fosfatos Litiofilita (MnLi)PO4

Ambligonita (LiNa)Al(FOH)PO4

Yacimientos en Argentina

Salares y Salmueras NaturalesZona de la Puna Salta Jujuy y Catamarca

Jujuy

Salta

Catamarca

Ambiente de los salares

iquestImpacto en el ambiente

La Negra ChilePlanta

en Salta

- La existencia de costras soacutelidas de sal es soacutelo una caracteriacutestica superficial que estaacute presente en algunos salares pero no es representativa de la complejidad del sistema

- Un salar tiene asociado un cuerpo subterraacuteneo de salmuera que lo alimenta y tiene diferentes lsquofaciesrsquo de sales en profundidad como cloruro de sodio (halita) cloruros y sulfatos de potasio y magnesio y otros sulfatos y carbonatos

Geologiacutea de un Salar

Produccioacuten Global de litio(en metal equivalente)

- La existencia de costras soacutelidas de sal es soacutelo una caracteriacutestica superficial que estaacute presente en algunos salares pero no es representativa de la complejidad del sistema

- Un salar tiene asociado un cuerpo subterraacuteneo de salmuera que lo alimenta y tiene diferentes lsquofaciesrsquo de sales en profundidad como cloruro de sodio (halita) cloruros y sulfatos de potasio y magnesio y otros sulfatos y carbonatos

Geologiacutea de un Salar

Aspectos de relevanciaConsumo y contaminacioacuten de agua impactos en el paisaje introduccioacuten de caminos de exploracioacuten en ecosistemas sensibles instalacioacuten de infraestructura impacto en la flora y fauna de la actividad industrial donde antes no la habiacutea generacioacuten de residuos soacutelidos y quiacutemicos

La salmuera es bombeada mediante perforaciones y luego se la expone al sol para

evaporar el liacutequido y concentrar los componentes de intereacutes La concentracioacuten de litio en las salmueras es baja y variacutea dentro de

cada salar y entre los distintos salares fluctuando entre unas pocas decenas de partes por milloacuten y poco maacutes de mil de acuerdo con

estos valores puede estimarse que por cada tonelada de litio extraiacuteda se evaporan alrededor

de dos millones de litros de agua clara evidencia de que la mineriacutea del litio en salares es

una mineriacutea del agua

iquestA quieacuten impacta

ldquoNo puede ni debe realizarse ninguacuten tipo de actividad minera sin el consentimiento libre previo e informado de las comunidades involucradasrdquo

Y nosotros que podemos hacerDesarrollo de nuevos materialesPreparacioacuten de materiales

CaracterizacioacutenEstudios Teoacutericos

Y nosotros que podemos hacerDesarrollo de nuevos materialesPreparacioacuten de materiales

CaracterizacioacutenEstudios Teoacutericos

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iexclMuchas gracias

laeslabuncgmailcom

Algunos temas de trabajo- Materiales hiacutebridos basados en carbono como electrodos para bateriacuteas de Li

Dra Guillermina Luque

- Agregado de aditivos y modificacioacuten de separadores para mejorar la performance de baterias de litio-azufre Dr Germaacuten Lener Dra Andrea Calderoacuten Dra Victoria Bracamonte

- Construccioacuten y caracterizacioacuten experimental y teoacuterica de dispositivos de conversioacuten fotovoltaica basados en perovskitas de halogenuros organometaacutelicos

Dr Agustiacuten Sigal

- Trabajo experimental y teoacuterico de materiales para electrodos de bateriacuteas azufre-litio y ioacuten-litio

Dr Germaacuten Lener Dr Agustiacuten Sigal

Algunos temas de trabajo- Estudios de la insercioacuten de iones de Li en compuestos de intercalacioacuten utilizados como electrodos de celdas de ion-Li

Dr Eduardo Perassi

- Caacutelculos ab-initio y simulaciones computacionales de sistemas relacionados con bateriacuteas de Litio celdas de combustible y adsorcioacuten sobre superficies Dra Cecilia Gimenez y Dr Luis Reinaudi

- Materiales activos de electrodo basados en oacutexidos de titanio y titanatos de metales alcalinos para su aplicacioacuten como aacutenodos en bateriacuteas de ioacuten-litio

Dr Osvaldo Caacutemara y Dra Fabiana Oliva

- Partiacuteculas aislantes vs partiacuteculas conductoras Efectos de la percolacioacuten en la conduccioacuten eleacutectrica

Dr Patricio Veacutelez

Algunas estrategias de ensamble

pero no solo para

automoacutevileshellip

iquesthogares sutentables

Vectores - Oportunidades = Litio (como bateriacuteas de Litio)

bullBateriacuteas de ion-Li En 2007 se produjeron mundialmente 2500000000 de bateriacuteas de Li

Se proyecta una utilizacioacuten de 20000 t en la fabricacioacuten de bateriacuteas para vehiacuteculos eleacutectricos cuya produccioacuten estimada es de 500000 vehiacuteculos eleacutectricos en 2015 y 15 millones en 2020 Se consumen actualmente 100000 toneladas en el mercado mundial

Ameacuterica Latina concentra entre el 50 y el 80 de las reservas mundiales (Bolivia Chile Argentina)

El Litio es un material no contaminante (en todo caso antidepresivo)

Tecnologiacutea Madura

Bateriacutea de Cinc-Cobre Reacciones Reacutedox

Cu+2 + 2e rarr Cu Reduccioacuten Zn rarr Zn+2 + 2e Oxidacioacuten

Proceso netoCu+2 + Zn rarr Cu + Zn+2 11 Volts

Proceso Electroquiacutemico

Clasificacioacuten General

a)Bateriacuteas productoras de Energiacutea Bateriacuteas ldquoPrimariasrdquo

- Cinc-Carboacuten (comuacuten)- Cinc-Carboacuten Alcalinas- Tipo ldquobotoacutenrdquo (de reloj)

b) Bateriacuteas de almacenamiento de Energiacutea Bateriacuteas ldquoSecundariasrdquo o ldquoRecargablesrdquo

- Plomo-aacutecido- Niacutequel-Cadmio- Niacutequel-Metal hidruro- Litio metaacutelico (en desuso)- Ioacuten-Litio

Utiles como Vectores Energeacuteticos

Un solo uso

Quiacutemica de las Bateriacuteas mas comunes

1) ldquoPilardquo de Leclancheacute o ldquopila secardquo Cinc-carbon (Zn-C)

Zn (metal) pasta de NH4ClndashZnCl2 oacutexido de manganeso + carboacuten grafitoelectrodo (-) electrodo (+)

REACCIONES

Zn Zn2+(ac) + 2 e

ndash Anodo (-)

2 MnO2(s) + 2endash + hellip 2 MnO(OH)(s) + Caacutetodo (+)

Diferencia de Potencial Eleacutectrico

Voltaje 150 Volts

Bateriacuteas ldquoPrimariasrdquo

Aacutenodo de grafitoproceso de cargado

Colector de corriente

Grafeno

Nube de electrones

Bateriacutea de ion-litio

Anodo Construido sobre una laacutemina de Cobre de 10-20 mm de espesor

Caacutetodo Construido sobre una laacutemina de Aluminio de 10-20 mm de espesor

Bateriacutea 18650 37 V 2100 mAh

bullBateriacuteas de ion-Li En 2007 se produjeron mundialmente 2500000000 de bateriacuteas de Li

Se proyecta una utilizacioacuten de 20000 t de Litio en la fabricacioacuten de bateriacuteas para vehiacuteculos eleacutectricos cuya produccioacuten estimada es de 500000 vehiacuteculos eleacutectricos en 2015 y 15 millones en 2020 Se consumen actualmente 100000 toneladas en el mercado mundial

Ameacuterica Latina concentra entre el 50 y el 70 de las reservas mundiales (Bolivia Chile Argentina)

El Li es un material no contaminante(en todo caso antidepresivo)

Tecnologiacutea Madura

Datos Interesantes

Energiacuteas especiacuteficas

Minerales conteniendo Litio

54

Ocurrencia Li en la corteza terrestre 0006 (entre los 27 mas abundantes) Se conocen mas de 150 minerales portadores de Li

Yacimientos Minerales de Pegmatitas Presente en magmas de baja viscosidad Pegmatitas de estructura zonada Se encuentra junto a Casiterita Berilo Apatita Columbita Granate Turmalina Feldespato Cuarzo Micas y otros

Salmueras Naturales Lagos salinos y salares Yacimientos de evaporacioacuten (minerales evaporiacuteticos) Alta solubilidad del Cloruro de Li Zonas aacuteridas

Imagen Nombre Foacutermula de Li2O

Espodumeno Li2O Al2O34SiO2

(PF 37620)804

(37 Li)

Lepidolita Li2AlSi4O10(FOH)(PF 37334)

3 ndash 6(37 Li)

Zinnwaldita KLiFeAl2Si3O10(OHF)(PF 42011)

2 ndash 4(17 Li)

Ambligonita Li Al(FOH)PO4

(PF 14587)101

(48 Li)

Tipos de Minerales

- Explotacioacuten extraccioacuten de aguas subterraacuteneas salinas- Procesamiento - Bombeo de salmueras (conteniendo 300 - 1500 ppm Li+) - Evaporacioacuten y Concentracioacuten de Litio (aprox factor gt10) - Purificacioacuten de salmueras Agregado de Ca(OH)2

separacioacuten de Mg(OH)2 boacuterax sulfatos

- Adicioacuten de Na2CO3 obtencioacuten de Li2CO3

Recuperacioacuten de aprox 90 de Li de la salmuera inicialSubproductos KCl CaSO4 2H2O(yeso) Mg(OH)2 Boacuterax

Obtencioacuten de Litio desde los Salares

Li2CO3

Reservas de Litio a nivel global

Reservas desde salares

Ameacuterica del sur guarda el 75 de las reservas de Litio mundiales

iquestFuturo de las bateriacuteas de Ion-LibullBateriacuteas de litio-aire

iquestFuturo de las bateriacuteas de Ion-LibullBateriacuteas de litio-aire

Algunas conclusiones El almacenamiento de energiacutea hoy juega un rol determinante para reemplazar el petroacuteleo con energiacuteas alternativas

El desarrollo del aacutenodo de grafito significoacute un profundo salto en el desarrollo de las bateriacuteas de litio

Por su versatilidad la bateriacutea de ioacuten-litio puede satisfacer necesidades de requerimientos muy variados

Hoy es posible desarrollar e investigar bateriacuteas de ion-Li en la Argentina

Particularmente en nuestra universidad se estaacute investigando en el disentildeo estudio y preparacioacuten de materiales alternativos para electrodos de estas bateriacuteas

Litio

66

Siacutembolo quiacutemico LiNuacutemero Atoacutemico (Z) 3Elemento perteneciente al Grupo I Metales Alcalinos (1s2 2s1)Peso Atoacutemico 6941 umaEs el elemento metaacutelico maacutes liviano que existe a temperatura ambiente Soacutelido a temperatura ambienteIsoacutetopos 6 Li Abundancia 742 No Radioactivo

7 Li Abundancia 9258 No Radioactivo 5 Li 8 Li 9Li Isoacutetopos artificiales

Estado de Oxidacioacuten 1+ (catioacuten Li+)Radio atoacutemico 0152 nm (metal)Radio ioacutenico (Li+) 0060 nm

Caracteriacuteticas

67

Metal blanco lustre plateado y dureza de 06 (maacutes blando que el plomo) Densidad alrededor de la mitad del aguaEs altamente reactivo y se asemeja al sodio en su comportamiento quiacutemico El Cloruro de Litio es muy soluble en agua Los Carbonatos Fluoruros y Fosfatos de litio son muy poco solubles en agua Reacciona muy raacutepidamente con el aire (O2 y N2) y con agua

Debe ser almacenado sumergido en un liacutequido orgaacutenico (hidrocarburo) como nafta kerosene etc El metal arde fuertemente en aire con llama blanca brillante Las soluciones acuosas de Li+ imparten un color rojo carmesiacute a la llama

Litio y derivadosArbol de Litio

Ton Li 2CO

3

Uso proyectado en celulares

Yacimientos de minerales en Argentina

Pegmatitas Sierras Pampeanas San Luis CoacuterdobaSan Juan La Rioja Catamarca Salta Jujuy

Tipos de Minerales Silicatos Espodumeno LiAlSi2O6 (75 a 8 LiO2)

Petalita LiAlSi4O10

Micas Lepidolita K[LiAl]3[AlSi]4O10[FOH]2

Zinwaldita K[LiAlFe]3[AlSi]4O10[FOH]2

Fosfatos Litiofilita (MnLi)PO4

Ambligonita (LiNa)Al(FOH)PO4

Yacimientos en Argentina

Salares y Salmueras NaturalesZona de la Puna Salta Jujuy y Catamarca

Jujuy

Salta

Catamarca

Ambiente de los salares

iquestImpacto en el ambiente

La Negra ChilePlanta

en Salta

- La existencia de costras soacutelidas de sal es soacutelo una caracteriacutestica superficial que estaacute presente en algunos salares pero no es representativa de la complejidad del sistema

- Un salar tiene asociado un cuerpo subterraacuteneo de salmuera que lo alimenta y tiene diferentes lsquofaciesrsquo de sales en profundidad como cloruro de sodio (halita) cloruros y sulfatos de potasio y magnesio y otros sulfatos y carbonatos

Geologiacutea de un Salar

Produccioacuten Global de litio(en metal equivalente)

- La existencia de costras soacutelidas de sal es soacutelo una caracteriacutestica superficial que estaacute presente en algunos salares pero no es representativa de la complejidad del sistema

- Un salar tiene asociado un cuerpo subterraacuteneo de salmuera que lo alimenta y tiene diferentes lsquofaciesrsquo de sales en profundidad como cloruro de sodio (halita) cloruros y sulfatos de potasio y magnesio y otros sulfatos y carbonatos

Geologiacutea de un Salar

Aspectos de relevanciaConsumo y contaminacioacuten de agua impactos en el paisaje introduccioacuten de caminos de exploracioacuten en ecosistemas sensibles instalacioacuten de infraestructura impacto en la flora y fauna de la actividad industrial donde antes no la habiacutea generacioacuten de residuos soacutelidos y quiacutemicos

La salmuera es bombeada mediante perforaciones y luego se la expone al sol para

evaporar el liacutequido y concentrar los componentes de intereacutes La concentracioacuten de litio en las salmueras es baja y variacutea dentro de

cada salar y entre los distintos salares fluctuando entre unas pocas decenas de partes por milloacuten y poco maacutes de mil de acuerdo con

estos valores puede estimarse que por cada tonelada de litio extraiacuteda se evaporan alrededor

de dos millones de litros de agua clara evidencia de que la mineriacutea del litio en salares es

una mineriacutea del agua

iquestA quieacuten impacta

ldquoNo puede ni debe realizarse ninguacuten tipo de actividad minera sin el consentimiento libre previo e informado de las comunidades involucradasrdquo

Y nosotros que podemos hacerDesarrollo de nuevos materialesPreparacioacuten de materiales

CaracterizacioacutenEstudios Teoacutericos

Y nosotros que podemos hacerDesarrollo de nuevos materialesPreparacioacuten de materiales

CaracterizacioacutenEstudios Teoacutericos

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Page 36: Presentación de PowerPoint - famaf.unc.edu.ar · Oxido de Titanio Anodos importantes en uso Compuestos de intercalación Sn + xe-+ xLi+  Li ... Ensamble de celda y caracterización

Algunos temas de trabajo- Materiales hiacutebridos basados en carbono como electrodos para bateriacuteas de Li

Dra Guillermina Luque

- Agregado de aditivos y modificacioacuten de separadores para mejorar la performance de baterias de litio-azufre Dr Germaacuten Lener Dra Andrea Calderoacuten Dra Victoria Bracamonte

- Construccioacuten y caracterizacioacuten experimental y teoacuterica de dispositivos de conversioacuten fotovoltaica basados en perovskitas de halogenuros organometaacutelicos

Dr Agustiacuten Sigal

- Trabajo experimental y teoacuterico de materiales para electrodos de bateriacuteas azufre-litio y ioacuten-litio

Dr Germaacuten Lener Dr Agustiacuten Sigal

Algunos temas de trabajo- Estudios de la insercioacuten de iones de Li en compuestos de intercalacioacuten utilizados como electrodos de celdas de ion-Li

Dr Eduardo Perassi

- Caacutelculos ab-initio y simulaciones computacionales de sistemas relacionados con bateriacuteas de Litio celdas de combustible y adsorcioacuten sobre superficies Dra Cecilia Gimenez y Dr Luis Reinaudi

- Materiales activos de electrodo basados en oacutexidos de titanio y titanatos de metales alcalinos para su aplicacioacuten como aacutenodos en bateriacuteas de ioacuten-litio

Dr Osvaldo Caacutemara y Dra Fabiana Oliva

- Partiacuteculas aislantes vs partiacuteculas conductoras Efectos de la percolacioacuten en la conduccioacuten eleacutectrica

Dr Patricio Veacutelez

Algunas estrategias de ensamble

pero no solo para

automoacutevileshellip

iquesthogares sutentables

Vectores - Oportunidades = Litio (como bateriacuteas de Litio)

bullBateriacuteas de ion-Li En 2007 se produjeron mundialmente 2500000000 de bateriacuteas de Li

Se proyecta una utilizacioacuten de 20000 t en la fabricacioacuten de bateriacuteas para vehiacuteculos eleacutectricos cuya produccioacuten estimada es de 500000 vehiacuteculos eleacutectricos en 2015 y 15 millones en 2020 Se consumen actualmente 100000 toneladas en el mercado mundial

Ameacuterica Latina concentra entre el 50 y el 80 de las reservas mundiales (Bolivia Chile Argentina)

El Litio es un material no contaminante (en todo caso antidepresivo)

Tecnologiacutea Madura

Bateriacutea de Cinc-Cobre Reacciones Reacutedox

Cu+2 + 2e rarr Cu Reduccioacuten Zn rarr Zn+2 + 2e Oxidacioacuten

Proceso netoCu+2 + Zn rarr Cu + Zn+2 11 Volts

Proceso Electroquiacutemico

Clasificacioacuten General

a)Bateriacuteas productoras de Energiacutea Bateriacuteas ldquoPrimariasrdquo

- Cinc-Carboacuten (comuacuten)- Cinc-Carboacuten Alcalinas- Tipo ldquobotoacutenrdquo (de reloj)

b) Bateriacuteas de almacenamiento de Energiacutea Bateriacuteas ldquoSecundariasrdquo o ldquoRecargablesrdquo

- Plomo-aacutecido- Niacutequel-Cadmio- Niacutequel-Metal hidruro- Litio metaacutelico (en desuso)- Ioacuten-Litio

Utiles como Vectores Energeacuteticos

Un solo uso

Quiacutemica de las Bateriacuteas mas comunes

1) ldquoPilardquo de Leclancheacute o ldquopila secardquo Cinc-carbon (Zn-C)

Zn (metal) pasta de NH4ClndashZnCl2 oacutexido de manganeso + carboacuten grafitoelectrodo (-) electrodo (+)

REACCIONES

Zn Zn2+(ac) + 2 e

ndash Anodo (-)

2 MnO2(s) + 2endash + hellip 2 MnO(OH)(s) + Caacutetodo (+)

Diferencia de Potencial Eleacutectrico

Voltaje 150 Volts

Bateriacuteas ldquoPrimariasrdquo

Aacutenodo de grafitoproceso de cargado

Colector de corriente

Grafeno

Nube de electrones

Bateriacutea de ion-litio

Anodo Construido sobre una laacutemina de Cobre de 10-20 mm de espesor

Caacutetodo Construido sobre una laacutemina de Aluminio de 10-20 mm de espesor

Bateriacutea 18650 37 V 2100 mAh

bullBateriacuteas de ion-Li En 2007 se produjeron mundialmente 2500000000 de bateriacuteas de Li

Se proyecta una utilizacioacuten de 20000 t de Litio en la fabricacioacuten de bateriacuteas para vehiacuteculos eleacutectricos cuya produccioacuten estimada es de 500000 vehiacuteculos eleacutectricos en 2015 y 15 millones en 2020 Se consumen actualmente 100000 toneladas en el mercado mundial

Ameacuterica Latina concentra entre el 50 y el 70 de las reservas mundiales (Bolivia Chile Argentina)

El Li es un material no contaminante(en todo caso antidepresivo)

Tecnologiacutea Madura

Datos Interesantes

Energiacuteas especiacuteficas

Minerales conteniendo Litio

54

Ocurrencia Li en la corteza terrestre 0006 (entre los 27 mas abundantes) Se conocen mas de 150 minerales portadores de Li

Yacimientos Minerales de Pegmatitas Presente en magmas de baja viscosidad Pegmatitas de estructura zonada Se encuentra junto a Casiterita Berilo Apatita Columbita Granate Turmalina Feldespato Cuarzo Micas y otros

Salmueras Naturales Lagos salinos y salares Yacimientos de evaporacioacuten (minerales evaporiacuteticos) Alta solubilidad del Cloruro de Li Zonas aacuteridas

Imagen Nombre Foacutermula de Li2O

Espodumeno Li2O Al2O34SiO2

(PF 37620)804

(37 Li)

Lepidolita Li2AlSi4O10(FOH)(PF 37334)

3 ndash 6(37 Li)

Zinnwaldita KLiFeAl2Si3O10(OHF)(PF 42011)

2 ndash 4(17 Li)

Ambligonita Li Al(FOH)PO4

(PF 14587)101

(48 Li)

Tipos de Minerales

- Explotacioacuten extraccioacuten de aguas subterraacuteneas salinas- Procesamiento - Bombeo de salmueras (conteniendo 300 - 1500 ppm Li+) - Evaporacioacuten y Concentracioacuten de Litio (aprox factor gt10) - Purificacioacuten de salmueras Agregado de Ca(OH)2

separacioacuten de Mg(OH)2 boacuterax sulfatos

- Adicioacuten de Na2CO3 obtencioacuten de Li2CO3

Recuperacioacuten de aprox 90 de Li de la salmuera inicialSubproductos KCl CaSO4 2H2O(yeso) Mg(OH)2 Boacuterax

Obtencioacuten de Litio desde los Salares

Li2CO3

Reservas de Litio a nivel global

Reservas desde salares

Ameacuterica del sur guarda el 75 de las reservas de Litio mundiales

iquestFuturo de las bateriacuteas de Ion-LibullBateriacuteas de litio-aire

iquestFuturo de las bateriacuteas de Ion-LibullBateriacuteas de litio-aire

Algunas conclusiones El almacenamiento de energiacutea hoy juega un rol determinante para reemplazar el petroacuteleo con energiacuteas alternativas

El desarrollo del aacutenodo de grafito significoacute un profundo salto en el desarrollo de las bateriacuteas de litio

Por su versatilidad la bateriacutea de ioacuten-litio puede satisfacer necesidades de requerimientos muy variados

Hoy es posible desarrollar e investigar bateriacuteas de ion-Li en la Argentina

Particularmente en nuestra universidad se estaacute investigando en el disentildeo estudio y preparacioacuten de materiales alternativos para electrodos de estas bateriacuteas

Litio

66

Siacutembolo quiacutemico LiNuacutemero Atoacutemico (Z) 3Elemento perteneciente al Grupo I Metales Alcalinos (1s2 2s1)Peso Atoacutemico 6941 umaEs el elemento metaacutelico maacutes liviano que existe a temperatura ambiente Soacutelido a temperatura ambienteIsoacutetopos 6 Li Abundancia 742 No Radioactivo

7 Li Abundancia 9258 No Radioactivo 5 Li 8 Li 9Li Isoacutetopos artificiales

Estado de Oxidacioacuten 1+ (catioacuten Li+)Radio atoacutemico 0152 nm (metal)Radio ioacutenico (Li+) 0060 nm

Caracteriacuteticas

67

Metal blanco lustre plateado y dureza de 06 (maacutes blando que el plomo) Densidad alrededor de la mitad del aguaEs altamente reactivo y se asemeja al sodio en su comportamiento quiacutemico El Cloruro de Litio es muy soluble en agua Los Carbonatos Fluoruros y Fosfatos de litio son muy poco solubles en agua Reacciona muy raacutepidamente con el aire (O2 y N2) y con agua

Debe ser almacenado sumergido en un liacutequido orgaacutenico (hidrocarburo) como nafta kerosene etc El metal arde fuertemente en aire con llama blanca brillante Las soluciones acuosas de Li+ imparten un color rojo carmesiacute a la llama

Litio y derivadosArbol de Litio

Ton Li 2CO

3

Uso proyectado en celulares

Yacimientos de minerales en Argentina

Pegmatitas Sierras Pampeanas San Luis CoacuterdobaSan Juan La Rioja Catamarca Salta Jujuy

Tipos de Minerales Silicatos Espodumeno LiAlSi2O6 (75 a 8 LiO2)

Petalita LiAlSi4O10

Micas Lepidolita K[LiAl]3[AlSi]4O10[FOH]2

Zinwaldita K[LiAlFe]3[AlSi]4O10[FOH]2

Fosfatos Litiofilita (MnLi)PO4

Ambligonita (LiNa)Al(FOH)PO4

Yacimientos en Argentina

Salares y Salmueras NaturalesZona de la Puna Salta Jujuy y Catamarca

Jujuy

Salta

Catamarca

Ambiente de los salares

iquestImpacto en el ambiente

La Negra ChilePlanta

en Salta

- La existencia de costras soacutelidas de sal es soacutelo una caracteriacutestica superficial que estaacute presente en algunos salares pero no es representativa de la complejidad del sistema

- Un salar tiene asociado un cuerpo subterraacuteneo de salmuera que lo alimenta y tiene diferentes lsquofaciesrsquo de sales en profundidad como cloruro de sodio (halita) cloruros y sulfatos de potasio y magnesio y otros sulfatos y carbonatos

Geologiacutea de un Salar

Produccioacuten Global de litio(en metal equivalente)

- La existencia de costras soacutelidas de sal es soacutelo una caracteriacutestica superficial que estaacute presente en algunos salares pero no es representativa de la complejidad del sistema

- Un salar tiene asociado un cuerpo subterraacuteneo de salmuera que lo alimenta y tiene diferentes lsquofaciesrsquo de sales en profundidad como cloruro de sodio (halita) cloruros y sulfatos de potasio y magnesio y otros sulfatos y carbonatos

Geologiacutea de un Salar

Aspectos de relevanciaConsumo y contaminacioacuten de agua impactos en el paisaje introduccioacuten de caminos de exploracioacuten en ecosistemas sensibles instalacioacuten de infraestructura impacto en la flora y fauna de la actividad industrial donde antes no la habiacutea generacioacuten de residuos soacutelidos y quiacutemicos

La salmuera es bombeada mediante perforaciones y luego se la expone al sol para

evaporar el liacutequido y concentrar los componentes de intereacutes La concentracioacuten de litio en las salmueras es baja y variacutea dentro de

cada salar y entre los distintos salares fluctuando entre unas pocas decenas de partes por milloacuten y poco maacutes de mil de acuerdo con

estos valores puede estimarse que por cada tonelada de litio extraiacuteda se evaporan alrededor

de dos millones de litros de agua clara evidencia de que la mineriacutea del litio en salares es

una mineriacutea del agua

iquestA quieacuten impacta

ldquoNo puede ni debe realizarse ninguacuten tipo de actividad minera sin el consentimiento libre previo e informado de las comunidades involucradasrdquo

Y nosotros que podemos hacerDesarrollo de nuevos materialesPreparacioacuten de materiales

CaracterizacioacutenEstudios Teoacutericos

Y nosotros que podemos hacerDesarrollo de nuevos materialesPreparacioacuten de materiales

CaracterizacioacutenEstudios Teoacutericos

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Algunos temas de trabajo- Estudios de la insercioacuten de iones de Li en compuestos de intercalacioacuten utilizados como electrodos de celdas de ion-Li

Dr Eduardo Perassi

- Caacutelculos ab-initio y simulaciones computacionales de sistemas relacionados con bateriacuteas de Litio celdas de combustible y adsorcioacuten sobre superficies Dra Cecilia Gimenez y Dr Luis Reinaudi

- Materiales activos de electrodo basados en oacutexidos de titanio y titanatos de metales alcalinos para su aplicacioacuten como aacutenodos en bateriacuteas de ioacuten-litio

Dr Osvaldo Caacutemara y Dra Fabiana Oliva

- Partiacuteculas aislantes vs partiacuteculas conductoras Efectos de la percolacioacuten en la conduccioacuten eleacutectrica

Dr Patricio Veacutelez

Algunas estrategias de ensamble

pero no solo para

automoacutevileshellip

iquesthogares sutentables

Vectores - Oportunidades = Litio (como bateriacuteas de Litio)

bullBateriacuteas de ion-Li En 2007 se produjeron mundialmente 2500000000 de bateriacuteas de Li

Se proyecta una utilizacioacuten de 20000 t en la fabricacioacuten de bateriacuteas para vehiacuteculos eleacutectricos cuya produccioacuten estimada es de 500000 vehiacuteculos eleacutectricos en 2015 y 15 millones en 2020 Se consumen actualmente 100000 toneladas en el mercado mundial

Ameacuterica Latina concentra entre el 50 y el 80 de las reservas mundiales (Bolivia Chile Argentina)

El Litio es un material no contaminante (en todo caso antidepresivo)

Tecnologiacutea Madura

Bateriacutea de Cinc-Cobre Reacciones Reacutedox

Cu+2 + 2e rarr Cu Reduccioacuten Zn rarr Zn+2 + 2e Oxidacioacuten

Proceso netoCu+2 + Zn rarr Cu + Zn+2 11 Volts

Proceso Electroquiacutemico

Clasificacioacuten General

a)Bateriacuteas productoras de Energiacutea Bateriacuteas ldquoPrimariasrdquo

- Cinc-Carboacuten (comuacuten)- Cinc-Carboacuten Alcalinas- Tipo ldquobotoacutenrdquo (de reloj)

b) Bateriacuteas de almacenamiento de Energiacutea Bateriacuteas ldquoSecundariasrdquo o ldquoRecargablesrdquo

- Plomo-aacutecido- Niacutequel-Cadmio- Niacutequel-Metal hidruro- Litio metaacutelico (en desuso)- Ioacuten-Litio

Utiles como Vectores Energeacuteticos

Un solo uso

Quiacutemica de las Bateriacuteas mas comunes

1) ldquoPilardquo de Leclancheacute o ldquopila secardquo Cinc-carbon (Zn-C)

Zn (metal) pasta de NH4ClndashZnCl2 oacutexido de manganeso + carboacuten grafitoelectrodo (-) electrodo (+)

REACCIONES

Zn Zn2+(ac) + 2 e

ndash Anodo (-)

2 MnO2(s) + 2endash + hellip 2 MnO(OH)(s) + Caacutetodo (+)

Diferencia de Potencial Eleacutectrico

Voltaje 150 Volts

Bateriacuteas ldquoPrimariasrdquo

Aacutenodo de grafitoproceso de cargado

Colector de corriente

Grafeno

Nube de electrones

Bateriacutea de ion-litio

Anodo Construido sobre una laacutemina de Cobre de 10-20 mm de espesor

Caacutetodo Construido sobre una laacutemina de Aluminio de 10-20 mm de espesor

Bateriacutea 18650 37 V 2100 mAh

bullBateriacuteas de ion-Li En 2007 se produjeron mundialmente 2500000000 de bateriacuteas de Li

Se proyecta una utilizacioacuten de 20000 t de Litio en la fabricacioacuten de bateriacuteas para vehiacuteculos eleacutectricos cuya produccioacuten estimada es de 500000 vehiacuteculos eleacutectricos en 2015 y 15 millones en 2020 Se consumen actualmente 100000 toneladas en el mercado mundial

Ameacuterica Latina concentra entre el 50 y el 70 de las reservas mundiales (Bolivia Chile Argentina)

El Li es un material no contaminante(en todo caso antidepresivo)

Tecnologiacutea Madura

Datos Interesantes

Energiacuteas especiacuteficas

Minerales conteniendo Litio

54

Ocurrencia Li en la corteza terrestre 0006 (entre los 27 mas abundantes) Se conocen mas de 150 minerales portadores de Li

Yacimientos Minerales de Pegmatitas Presente en magmas de baja viscosidad Pegmatitas de estructura zonada Se encuentra junto a Casiterita Berilo Apatita Columbita Granate Turmalina Feldespato Cuarzo Micas y otros

Salmueras Naturales Lagos salinos y salares Yacimientos de evaporacioacuten (minerales evaporiacuteticos) Alta solubilidad del Cloruro de Li Zonas aacuteridas

Imagen Nombre Foacutermula de Li2O

Espodumeno Li2O Al2O34SiO2

(PF 37620)804

(37 Li)

Lepidolita Li2AlSi4O10(FOH)(PF 37334)

3 ndash 6(37 Li)

Zinnwaldita KLiFeAl2Si3O10(OHF)(PF 42011)

2 ndash 4(17 Li)

Ambligonita Li Al(FOH)PO4

(PF 14587)101

(48 Li)

Tipos de Minerales

- Explotacioacuten extraccioacuten de aguas subterraacuteneas salinas- Procesamiento - Bombeo de salmueras (conteniendo 300 - 1500 ppm Li+) - Evaporacioacuten y Concentracioacuten de Litio (aprox factor gt10) - Purificacioacuten de salmueras Agregado de Ca(OH)2

separacioacuten de Mg(OH)2 boacuterax sulfatos

- Adicioacuten de Na2CO3 obtencioacuten de Li2CO3

Recuperacioacuten de aprox 90 de Li de la salmuera inicialSubproductos KCl CaSO4 2H2O(yeso) Mg(OH)2 Boacuterax

Obtencioacuten de Litio desde los Salares

Li2CO3

Reservas de Litio a nivel global

Reservas desde salares

Ameacuterica del sur guarda el 75 de las reservas de Litio mundiales

iquestFuturo de las bateriacuteas de Ion-LibullBateriacuteas de litio-aire

iquestFuturo de las bateriacuteas de Ion-LibullBateriacuteas de litio-aire

Algunas conclusiones El almacenamiento de energiacutea hoy juega un rol determinante para reemplazar el petroacuteleo con energiacuteas alternativas

El desarrollo del aacutenodo de grafito significoacute un profundo salto en el desarrollo de las bateriacuteas de litio

Por su versatilidad la bateriacutea de ioacuten-litio puede satisfacer necesidades de requerimientos muy variados

Hoy es posible desarrollar e investigar bateriacuteas de ion-Li en la Argentina

Particularmente en nuestra universidad se estaacute investigando en el disentildeo estudio y preparacioacuten de materiales alternativos para electrodos de estas bateriacuteas

Litio

66

Siacutembolo quiacutemico LiNuacutemero Atoacutemico (Z) 3Elemento perteneciente al Grupo I Metales Alcalinos (1s2 2s1)Peso Atoacutemico 6941 umaEs el elemento metaacutelico maacutes liviano que existe a temperatura ambiente Soacutelido a temperatura ambienteIsoacutetopos 6 Li Abundancia 742 No Radioactivo

7 Li Abundancia 9258 No Radioactivo 5 Li 8 Li 9Li Isoacutetopos artificiales

Estado de Oxidacioacuten 1+ (catioacuten Li+)Radio atoacutemico 0152 nm (metal)Radio ioacutenico (Li+) 0060 nm

Caracteriacuteticas

67

Metal blanco lustre plateado y dureza de 06 (maacutes blando que el plomo) Densidad alrededor de la mitad del aguaEs altamente reactivo y se asemeja al sodio en su comportamiento quiacutemico El Cloruro de Litio es muy soluble en agua Los Carbonatos Fluoruros y Fosfatos de litio son muy poco solubles en agua Reacciona muy raacutepidamente con el aire (O2 y N2) y con agua

Debe ser almacenado sumergido en un liacutequido orgaacutenico (hidrocarburo) como nafta kerosene etc El metal arde fuertemente en aire con llama blanca brillante Las soluciones acuosas de Li+ imparten un color rojo carmesiacute a la llama

Litio y derivadosArbol de Litio

Ton Li 2CO

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Uso proyectado en celulares

Yacimientos de minerales en Argentina

Pegmatitas Sierras Pampeanas San Luis CoacuterdobaSan Juan La Rioja Catamarca Salta Jujuy

Tipos de Minerales Silicatos Espodumeno LiAlSi2O6 (75 a 8 LiO2)

Petalita LiAlSi4O10

Micas Lepidolita K[LiAl]3[AlSi]4O10[FOH]2

Zinwaldita K[LiAlFe]3[AlSi]4O10[FOH]2

Fosfatos Litiofilita (MnLi)PO4

Ambligonita (LiNa)Al(FOH)PO4

Yacimientos en Argentina

Salares y Salmueras NaturalesZona de la Puna Salta Jujuy y Catamarca

Jujuy

Salta

Catamarca

Ambiente de los salares

iquestImpacto en el ambiente

La Negra ChilePlanta

en Salta

- La existencia de costras soacutelidas de sal es soacutelo una caracteriacutestica superficial que estaacute presente en algunos salares pero no es representativa de la complejidad del sistema

- Un salar tiene asociado un cuerpo subterraacuteneo de salmuera que lo alimenta y tiene diferentes lsquofaciesrsquo de sales en profundidad como cloruro de sodio (halita) cloruros y sulfatos de potasio y magnesio y otros sulfatos y carbonatos

Geologiacutea de un Salar

Produccioacuten Global de litio(en metal equivalente)

- La existencia de costras soacutelidas de sal es soacutelo una caracteriacutestica superficial que estaacute presente en algunos salares pero no es representativa de la complejidad del sistema

- Un salar tiene asociado un cuerpo subterraacuteneo de salmuera que lo alimenta y tiene diferentes lsquofaciesrsquo de sales en profundidad como cloruro de sodio (halita) cloruros y sulfatos de potasio y magnesio y otros sulfatos y carbonatos

Geologiacutea de un Salar

Aspectos de relevanciaConsumo y contaminacioacuten de agua impactos en el paisaje introduccioacuten de caminos de exploracioacuten en ecosistemas sensibles instalacioacuten de infraestructura impacto en la flora y fauna de la actividad industrial donde antes no la habiacutea generacioacuten de residuos soacutelidos y quiacutemicos

La salmuera es bombeada mediante perforaciones y luego se la expone al sol para

evaporar el liacutequido y concentrar los componentes de intereacutes La concentracioacuten de litio en las salmueras es baja y variacutea dentro de

cada salar y entre los distintos salares fluctuando entre unas pocas decenas de partes por milloacuten y poco maacutes de mil de acuerdo con

estos valores puede estimarse que por cada tonelada de litio extraiacuteda se evaporan alrededor

de dos millones de litros de agua clara evidencia de que la mineriacutea del litio en salares es

una mineriacutea del agua

iquestA quieacuten impacta

ldquoNo puede ni debe realizarse ninguacuten tipo de actividad minera sin el consentimiento libre previo e informado de las comunidades involucradasrdquo

Y nosotros que podemos hacerDesarrollo de nuevos materialesPreparacioacuten de materiales

CaracterizacioacutenEstudios Teoacutericos

Y nosotros que podemos hacerDesarrollo de nuevos materialesPreparacioacuten de materiales

CaracterizacioacutenEstudios Teoacutericos

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Page 38: Presentación de PowerPoint - famaf.unc.edu.ar · Oxido de Titanio Anodos importantes en uso Compuestos de intercalación Sn + xe-+ xLi+  Li ... Ensamble de celda y caracterización

Algunas estrategias de ensamble

pero no solo para

automoacutevileshellip

iquesthogares sutentables

Vectores - Oportunidades = Litio (como bateriacuteas de Litio)

bullBateriacuteas de ion-Li En 2007 se produjeron mundialmente 2500000000 de bateriacuteas de Li

Se proyecta una utilizacioacuten de 20000 t en la fabricacioacuten de bateriacuteas para vehiacuteculos eleacutectricos cuya produccioacuten estimada es de 500000 vehiacuteculos eleacutectricos en 2015 y 15 millones en 2020 Se consumen actualmente 100000 toneladas en el mercado mundial

Ameacuterica Latina concentra entre el 50 y el 80 de las reservas mundiales (Bolivia Chile Argentina)

El Litio es un material no contaminante (en todo caso antidepresivo)

Tecnologiacutea Madura

Bateriacutea de Cinc-Cobre Reacciones Reacutedox

Cu+2 + 2e rarr Cu Reduccioacuten Zn rarr Zn+2 + 2e Oxidacioacuten

Proceso netoCu+2 + Zn rarr Cu + Zn+2 11 Volts

Proceso Electroquiacutemico

Clasificacioacuten General

a)Bateriacuteas productoras de Energiacutea Bateriacuteas ldquoPrimariasrdquo

- Cinc-Carboacuten (comuacuten)- Cinc-Carboacuten Alcalinas- Tipo ldquobotoacutenrdquo (de reloj)

b) Bateriacuteas de almacenamiento de Energiacutea Bateriacuteas ldquoSecundariasrdquo o ldquoRecargablesrdquo

- Plomo-aacutecido- Niacutequel-Cadmio- Niacutequel-Metal hidruro- Litio metaacutelico (en desuso)- Ioacuten-Litio

Utiles como Vectores Energeacuteticos

Un solo uso

Quiacutemica de las Bateriacuteas mas comunes

1) ldquoPilardquo de Leclancheacute o ldquopila secardquo Cinc-carbon (Zn-C)

Zn (metal) pasta de NH4ClndashZnCl2 oacutexido de manganeso + carboacuten grafitoelectrodo (-) electrodo (+)

REACCIONES

Zn Zn2+(ac) + 2 e

ndash Anodo (-)

2 MnO2(s) + 2endash + hellip 2 MnO(OH)(s) + Caacutetodo (+)

Diferencia de Potencial Eleacutectrico

Voltaje 150 Volts

Bateriacuteas ldquoPrimariasrdquo

Aacutenodo de grafitoproceso de cargado

Colector de corriente

Grafeno

Nube de electrones

Bateriacutea de ion-litio

Anodo Construido sobre una laacutemina de Cobre de 10-20 mm de espesor

Caacutetodo Construido sobre una laacutemina de Aluminio de 10-20 mm de espesor

Bateriacutea 18650 37 V 2100 mAh

bullBateriacuteas de ion-Li En 2007 se produjeron mundialmente 2500000000 de bateriacuteas de Li

Se proyecta una utilizacioacuten de 20000 t de Litio en la fabricacioacuten de bateriacuteas para vehiacuteculos eleacutectricos cuya produccioacuten estimada es de 500000 vehiacuteculos eleacutectricos en 2015 y 15 millones en 2020 Se consumen actualmente 100000 toneladas en el mercado mundial

Ameacuterica Latina concentra entre el 50 y el 70 de las reservas mundiales (Bolivia Chile Argentina)

El Li es un material no contaminante(en todo caso antidepresivo)

Tecnologiacutea Madura

Datos Interesantes

Energiacuteas especiacuteficas

Minerales conteniendo Litio

54

Ocurrencia Li en la corteza terrestre 0006 (entre los 27 mas abundantes) Se conocen mas de 150 minerales portadores de Li

Yacimientos Minerales de Pegmatitas Presente en magmas de baja viscosidad Pegmatitas de estructura zonada Se encuentra junto a Casiterita Berilo Apatita Columbita Granate Turmalina Feldespato Cuarzo Micas y otros

Salmueras Naturales Lagos salinos y salares Yacimientos de evaporacioacuten (minerales evaporiacuteticos) Alta solubilidad del Cloruro de Li Zonas aacuteridas

Imagen Nombre Foacutermula de Li2O

Espodumeno Li2O Al2O34SiO2

(PF 37620)804

(37 Li)

Lepidolita Li2AlSi4O10(FOH)(PF 37334)

3 ndash 6(37 Li)

Zinnwaldita KLiFeAl2Si3O10(OHF)(PF 42011)

2 ndash 4(17 Li)

Ambligonita Li Al(FOH)PO4

(PF 14587)101

(48 Li)

Tipos de Minerales

- Explotacioacuten extraccioacuten de aguas subterraacuteneas salinas- Procesamiento - Bombeo de salmueras (conteniendo 300 - 1500 ppm Li+) - Evaporacioacuten y Concentracioacuten de Litio (aprox factor gt10) - Purificacioacuten de salmueras Agregado de Ca(OH)2

separacioacuten de Mg(OH)2 boacuterax sulfatos

- Adicioacuten de Na2CO3 obtencioacuten de Li2CO3

Recuperacioacuten de aprox 90 de Li de la salmuera inicialSubproductos KCl CaSO4 2H2O(yeso) Mg(OH)2 Boacuterax

Obtencioacuten de Litio desde los Salares

Li2CO3

Reservas de Litio a nivel global

Reservas desde salares

Ameacuterica del sur guarda el 75 de las reservas de Litio mundiales

iquestFuturo de las bateriacuteas de Ion-LibullBateriacuteas de litio-aire

iquestFuturo de las bateriacuteas de Ion-LibullBateriacuteas de litio-aire

Algunas conclusiones El almacenamiento de energiacutea hoy juega un rol determinante para reemplazar el petroacuteleo con energiacuteas alternativas

El desarrollo del aacutenodo de grafito significoacute un profundo salto en el desarrollo de las bateriacuteas de litio

Por su versatilidad la bateriacutea de ioacuten-litio puede satisfacer necesidades de requerimientos muy variados

Hoy es posible desarrollar e investigar bateriacuteas de ion-Li en la Argentina

Particularmente en nuestra universidad se estaacute investigando en el disentildeo estudio y preparacioacuten de materiales alternativos para electrodos de estas bateriacuteas

Litio

66

Siacutembolo quiacutemico LiNuacutemero Atoacutemico (Z) 3Elemento perteneciente al Grupo I Metales Alcalinos (1s2 2s1)Peso Atoacutemico 6941 umaEs el elemento metaacutelico maacutes liviano que existe a temperatura ambiente Soacutelido a temperatura ambienteIsoacutetopos 6 Li Abundancia 742 No Radioactivo

7 Li Abundancia 9258 No Radioactivo 5 Li 8 Li 9Li Isoacutetopos artificiales

Estado de Oxidacioacuten 1+ (catioacuten Li+)Radio atoacutemico 0152 nm (metal)Radio ioacutenico (Li+) 0060 nm

Caracteriacuteticas

67

Metal blanco lustre plateado y dureza de 06 (maacutes blando que el plomo) Densidad alrededor de la mitad del aguaEs altamente reactivo y se asemeja al sodio en su comportamiento quiacutemico El Cloruro de Litio es muy soluble en agua Los Carbonatos Fluoruros y Fosfatos de litio son muy poco solubles en agua Reacciona muy raacutepidamente con el aire (O2 y N2) y con agua

Debe ser almacenado sumergido en un liacutequido orgaacutenico (hidrocarburo) como nafta kerosene etc El metal arde fuertemente en aire con llama blanca brillante Las soluciones acuosas de Li+ imparten un color rojo carmesiacute a la llama

Litio y derivadosArbol de Litio

Ton Li 2CO

3

Uso proyectado en celulares

Yacimientos de minerales en Argentina

Pegmatitas Sierras Pampeanas San Luis CoacuterdobaSan Juan La Rioja Catamarca Salta Jujuy

Tipos de Minerales Silicatos Espodumeno LiAlSi2O6 (75 a 8 LiO2)

Petalita LiAlSi4O10

Micas Lepidolita K[LiAl]3[AlSi]4O10[FOH]2

Zinwaldita K[LiAlFe]3[AlSi]4O10[FOH]2

Fosfatos Litiofilita (MnLi)PO4

Ambligonita (LiNa)Al(FOH)PO4

Yacimientos en Argentina

Salares y Salmueras NaturalesZona de la Puna Salta Jujuy y Catamarca

Jujuy

Salta

Catamarca

Ambiente de los salares

iquestImpacto en el ambiente

La Negra ChilePlanta

en Salta

- La existencia de costras soacutelidas de sal es soacutelo una caracteriacutestica superficial que estaacute presente en algunos salares pero no es representativa de la complejidad del sistema

- Un salar tiene asociado un cuerpo subterraacuteneo de salmuera que lo alimenta y tiene diferentes lsquofaciesrsquo de sales en profundidad como cloruro de sodio (halita) cloruros y sulfatos de potasio y magnesio y otros sulfatos y carbonatos

Geologiacutea de un Salar

Produccioacuten Global de litio(en metal equivalente)

- La existencia de costras soacutelidas de sal es soacutelo una caracteriacutestica superficial que estaacute presente en algunos salares pero no es representativa de la complejidad del sistema

- Un salar tiene asociado un cuerpo subterraacuteneo de salmuera que lo alimenta y tiene diferentes lsquofaciesrsquo de sales en profundidad como cloruro de sodio (halita) cloruros y sulfatos de potasio y magnesio y otros sulfatos y carbonatos

Geologiacutea de un Salar

Aspectos de relevanciaConsumo y contaminacioacuten de agua impactos en el paisaje introduccioacuten de caminos de exploracioacuten en ecosistemas sensibles instalacioacuten de infraestructura impacto en la flora y fauna de la actividad industrial donde antes no la habiacutea generacioacuten de residuos soacutelidos y quiacutemicos

La salmuera es bombeada mediante perforaciones y luego se la expone al sol para

evaporar el liacutequido y concentrar los componentes de intereacutes La concentracioacuten de litio en las salmueras es baja y variacutea dentro de

cada salar y entre los distintos salares fluctuando entre unas pocas decenas de partes por milloacuten y poco maacutes de mil de acuerdo con

estos valores puede estimarse que por cada tonelada de litio extraiacuteda se evaporan alrededor

de dos millones de litros de agua clara evidencia de que la mineriacutea del litio en salares es

una mineriacutea del agua

iquestA quieacuten impacta

ldquoNo puede ni debe realizarse ninguacuten tipo de actividad minera sin el consentimiento libre previo e informado de las comunidades involucradasrdquo

Y nosotros que podemos hacerDesarrollo de nuevos materialesPreparacioacuten de materiales

CaracterizacioacutenEstudios Teoacutericos

Y nosotros que podemos hacerDesarrollo de nuevos materialesPreparacioacuten de materiales

CaracterizacioacutenEstudios Teoacutericos

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pero no solo para

automoacutevileshellip

iquesthogares sutentables

Vectores - Oportunidades = Litio (como bateriacuteas de Litio)

bullBateriacuteas de ion-Li En 2007 se produjeron mundialmente 2500000000 de bateriacuteas de Li

Se proyecta una utilizacioacuten de 20000 t en la fabricacioacuten de bateriacuteas para vehiacuteculos eleacutectricos cuya produccioacuten estimada es de 500000 vehiacuteculos eleacutectricos en 2015 y 15 millones en 2020 Se consumen actualmente 100000 toneladas en el mercado mundial

Ameacuterica Latina concentra entre el 50 y el 80 de las reservas mundiales (Bolivia Chile Argentina)

El Litio es un material no contaminante (en todo caso antidepresivo)

Tecnologiacutea Madura

Bateriacutea de Cinc-Cobre Reacciones Reacutedox

Cu+2 + 2e rarr Cu Reduccioacuten Zn rarr Zn+2 + 2e Oxidacioacuten

Proceso netoCu+2 + Zn rarr Cu + Zn+2 11 Volts

Proceso Electroquiacutemico

Clasificacioacuten General

a)Bateriacuteas productoras de Energiacutea Bateriacuteas ldquoPrimariasrdquo

- Cinc-Carboacuten (comuacuten)- Cinc-Carboacuten Alcalinas- Tipo ldquobotoacutenrdquo (de reloj)

b) Bateriacuteas de almacenamiento de Energiacutea Bateriacuteas ldquoSecundariasrdquo o ldquoRecargablesrdquo

- Plomo-aacutecido- Niacutequel-Cadmio- Niacutequel-Metal hidruro- Litio metaacutelico (en desuso)- Ioacuten-Litio

Utiles como Vectores Energeacuteticos

Un solo uso

Quiacutemica de las Bateriacuteas mas comunes

1) ldquoPilardquo de Leclancheacute o ldquopila secardquo Cinc-carbon (Zn-C)

Zn (metal) pasta de NH4ClndashZnCl2 oacutexido de manganeso + carboacuten grafitoelectrodo (-) electrodo (+)

REACCIONES

Zn Zn2+(ac) + 2 e

ndash Anodo (-)

2 MnO2(s) + 2endash + hellip 2 MnO(OH)(s) + Caacutetodo (+)

Diferencia de Potencial Eleacutectrico

Voltaje 150 Volts

Bateriacuteas ldquoPrimariasrdquo

Aacutenodo de grafitoproceso de cargado

Colector de corriente

Grafeno

Nube de electrones

Bateriacutea de ion-litio

Anodo Construido sobre una laacutemina de Cobre de 10-20 mm de espesor

Caacutetodo Construido sobre una laacutemina de Aluminio de 10-20 mm de espesor

Bateriacutea 18650 37 V 2100 mAh

bullBateriacuteas de ion-Li En 2007 se produjeron mundialmente 2500000000 de bateriacuteas de Li

Se proyecta una utilizacioacuten de 20000 t de Litio en la fabricacioacuten de bateriacuteas para vehiacuteculos eleacutectricos cuya produccioacuten estimada es de 500000 vehiacuteculos eleacutectricos en 2015 y 15 millones en 2020 Se consumen actualmente 100000 toneladas en el mercado mundial

Ameacuterica Latina concentra entre el 50 y el 70 de las reservas mundiales (Bolivia Chile Argentina)

El Li es un material no contaminante(en todo caso antidepresivo)

Tecnologiacutea Madura

Datos Interesantes

Energiacuteas especiacuteficas

Minerales conteniendo Litio

54

Ocurrencia Li en la corteza terrestre 0006 (entre los 27 mas abundantes) Se conocen mas de 150 minerales portadores de Li

Yacimientos Minerales de Pegmatitas Presente en magmas de baja viscosidad Pegmatitas de estructura zonada Se encuentra junto a Casiterita Berilo Apatita Columbita Granate Turmalina Feldespato Cuarzo Micas y otros

Salmueras Naturales Lagos salinos y salares Yacimientos de evaporacioacuten (minerales evaporiacuteticos) Alta solubilidad del Cloruro de Li Zonas aacuteridas

Imagen Nombre Foacutermula de Li2O

Espodumeno Li2O Al2O34SiO2

(PF 37620)804

(37 Li)

Lepidolita Li2AlSi4O10(FOH)(PF 37334)

3 ndash 6(37 Li)

Zinnwaldita KLiFeAl2Si3O10(OHF)(PF 42011)

2 ndash 4(17 Li)

Ambligonita Li Al(FOH)PO4

(PF 14587)101

(48 Li)

Tipos de Minerales

- Explotacioacuten extraccioacuten de aguas subterraacuteneas salinas- Procesamiento - Bombeo de salmueras (conteniendo 300 - 1500 ppm Li+) - Evaporacioacuten y Concentracioacuten de Litio (aprox factor gt10) - Purificacioacuten de salmueras Agregado de Ca(OH)2

separacioacuten de Mg(OH)2 boacuterax sulfatos

- Adicioacuten de Na2CO3 obtencioacuten de Li2CO3

Recuperacioacuten de aprox 90 de Li de la salmuera inicialSubproductos KCl CaSO4 2H2O(yeso) Mg(OH)2 Boacuterax

Obtencioacuten de Litio desde los Salares

Li2CO3

Reservas de Litio a nivel global

Reservas desde salares

Ameacuterica del sur guarda el 75 de las reservas de Litio mundiales

iquestFuturo de las bateriacuteas de Ion-LibullBateriacuteas de litio-aire

iquestFuturo de las bateriacuteas de Ion-LibullBateriacuteas de litio-aire

Algunas conclusiones El almacenamiento de energiacutea hoy juega un rol determinante para reemplazar el petroacuteleo con energiacuteas alternativas

El desarrollo del aacutenodo de grafito significoacute un profundo salto en el desarrollo de las bateriacuteas de litio

Por su versatilidad la bateriacutea de ioacuten-litio puede satisfacer necesidades de requerimientos muy variados

Hoy es posible desarrollar e investigar bateriacuteas de ion-Li en la Argentina

Particularmente en nuestra universidad se estaacute investigando en el disentildeo estudio y preparacioacuten de materiales alternativos para electrodos de estas bateriacuteas

Litio

66

Siacutembolo quiacutemico LiNuacutemero Atoacutemico (Z) 3Elemento perteneciente al Grupo I Metales Alcalinos (1s2 2s1)Peso Atoacutemico 6941 umaEs el elemento metaacutelico maacutes liviano que existe a temperatura ambiente Soacutelido a temperatura ambienteIsoacutetopos 6 Li Abundancia 742 No Radioactivo

7 Li Abundancia 9258 No Radioactivo 5 Li 8 Li 9Li Isoacutetopos artificiales

Estado de Oxidacioacuten 1+ (catioacuten Li+)Radio atoacutemico 0152 nm (metal)Radio ioacutenico (Li+) 0060 nm

Caracteriacuteticas

67

Metal blanco lustre plateado y dureza de 06 (maacutes blando que el plomo) Densidad alrededor de la mitad del aguaEs altamente reactivo y se asemeja al sodio en su comportamiento quiacutemico El Cloruro de Litio es muy soluble en agua Los Carbonatos Fluoruros y Fosfatos de litio son muy poco solubles en agua Reacciona muy raacutepidamente con el aire (O2 y N2) y con agua

Debe ser almacenado sumergido en un liacutequido orgaacutenico (hidrocarburo) como nafta kerosene etc El metal arde fuertemente en aire con llama blanca brillante Las soluciones acuosas de Li+ imparten un color rojo carmesiacute a la llama

Litio y derivadosArbol de Litio

Ton Li 2CO

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Uso proyectado en celulares

Yacimientos de minerales en Argentina

Pegmatitas Sierras Pampeanas San Luis CoacuterdobaSan Juan La Rioja Catamarca Salta Jujuy

Tipos de Minerales Silicatos Espodumeno LiAlSi2O6 (75 a 8 LiO2)

Petalita LiAlSi4O10

Micas Lepidolita K[LiAl]3[AlSi]4O10[FOH]2

Zinwaldita K[LiAlFe]3[AlSi]4O10[FOH]2

Fosfatos Litiofilita (MnLi)PO4

Ambligonita (LiNa)Al(FOH)PO4

Yacimientos en Argentina

Salares y Salmueras NaturalesZona de la Puna Salta Jujuy y Catamarca

Jujuy

Salta

Catamarca

Ambiente de los salares

iquestImpacto en el ambiente

La Negra ChilePlanta

en Salta

- La existencia de costras soacutelidas de sal es soacutelo una caracteriacutestica superficial que estaacute presente en algunos salares pero no es representativa de la complejidad del sistema

- Un salar tiene asociado un cuerpo subterraacuteneo de salmuera que lo alimenta y tiene diferentes lsquofaciesrsquo de sales en profundidad como cloruro de sodio (halita) cloruros y sulfatos de potasio y magnesio y otros sulfatos y carbonatos

Geologiacutea de un Salar

Produccioacuten Global de litio(en metal equivalente)

- La existencia de costras soacutelidas de sal es soacutelo una caracteriacutestica superficial que estaacute presente en algunos salares pero no es representativa de la complejidad del sistema

- Un salar tiene asociado un cuerpo subterraacuteneo de salmuera que lo alimenta y tiene diferentes lsquofaciesrsquo de sales en profundidad como cloruro de sodio (halita) cloruros y sulfatos de potasio y magnesio y otros sulfatos y carbonatos

Geologiacutea de un Salar

Aspectos de relevanciaConsumo y contaminacioacuten de agua impactos en el paisaje introduccioacuten de caminos de exploracioacuten en ecosistemas sensibles instalacioacuten de infraestructura impacto en la flora y fauna de la actividad industrial donde antes no la habiacutea generacioacuten de residuos soacutelidos y quiacutemicos

La salmuera es bombeada mediante perforaciones y luego se la expone al sol para

evaporar el liacutequido y concentrar los componentes de intereacutes La concentracioacuten de litio en las salmueras es baja y variacutea dentro de

cada salar y entre los distintos salares fluctuando entre unas pocas decenas de partes por milloacuten y poco maacutes de mil de acuerdo con

estos valores puede estimarse que por cada tonelada de litio extraiacuteda se evaporan alrededor

de dos millones de litros de agua clara evidencia de que la mineriacutea del litio en salares es

una mineriacutea del agua

iquestA quieacuten impacta

ldquoNo puede ni debe realizarse ninguacuten tipo de actividad minera sin el consentimiento libre previo e informado de las comunidades involucradasrdquo

Y nosotros que podemos hacerDesarrollo de nuevos materialesPreparacioacuten de materiales

CaracterizacioacutenEstudios Teoacutericos

Y nosotros que podemos hacerDesarrollo de nuevos materialesPreparacioacuten de materiales

CaracterizacioacutenEstudios Teoacutericos

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Vectores - Oportunidades = Litio (como bateriacuteas de Litio)

bullBateriacuteas de ion-Li En 2007 se produjeron mundialmente 2500000000 de bateriacuteas de Li

Se proyecta una utilizacioacuten de 20000 t en la fabricacioacuten de bateriacuteas para vehiacuteculos eleacutectricos cuya produccioacuten estimada es de 500000 vehiacuteculos eleacutectricos en 2015 y 15 millones en 2020 Se consumen actualmente 100000 toneladas en el mercado mundial

Ameacuterica Latina concentra entre el 50 y el 80 de las reservas mundiales (Bolivia Chile Argentina)

El Litio es un material no contaminante (en todo caso antidepresivo)

Tecnologiacutea Madura

Bateriacutea de Cinc-Cobre Reacciones Reacutedox

Cu+2 + 2e rarr Cu Reduccioacuten Zn rarr Zn+2 + 2e Oxidacioacuten

Proceso netoCu+2 + Zn rarr Cu + Zn+2 11 Volts

Proceso Electroquiacutemico

Clasificacioacuten General

a)Bateriacuteas productoras de Energiacutea Bateriacuteas ldquoPrimariasrdquo

- Cinc-Carboacuten (comuacuten)- Cinc-Carboacuten Alcalinas- Tipo ldquobotoacutenrdquo (de reloj)

b) Bateriacuteas de almacenamiento de Energiacutea Bateriacuteas ldquoSecundariasrdquo o ldquoRecargablesrdquo

- Plomo-aacutecido- Niacutequel-Cadmio- Niacutequel-Metal hidruro- Litio metaacutelico (en desuso)- Ioacuten-Litio

Utiles como Vectores Energeacuteticos

Un solo uso

Quiacutemica de las Bateriacuteas mas comunes

1) ldquoPilardquo de Leclancheacute o ldquopila secardquo Cinc-carbon (Zn-C)

Zn (metal) pasta de NH4ClndashZnCl2 oacutexido de manganeso + carboacuten grafitoelectrodo (-) electrodo (+)

REACCIONES

Zn Zn2+(ac) + 2 e

ndash Anodo (-)

2 MnO2(s) + 2endash + hellip 2 MnO(OH)(s) + Caacutetodo (+)

Diferencia de Potencial Eleacutectrico

Voltaje 150 Volts

Bateriacuteas ldquoPrimariasrdquo

Aacutenodo de grafitoproceso de cargado

Colector de corriente

Grafeno

Nube de electrones

Bateriacutea de ion-litio

Anodo Construido sobre una laacutemina de Cobre de 10-20 mm de espesor

Caacutetodo Construido sobre una laacutemina de Aluminio de 10-20 mm de espesor

Bateriacutea 18650 37 V 2100 mAh

bullBateriacuteas de ion-Li En 2007 se produjeron mundialmente 2500000000 de bateriacuteas de Li

Se proyecta una utilizacioacuten de 20000 t de Litio en la fabricacioacuten de bateriacuteas para vehiacuteculos eleacutectricos cuya produccioacuten estimada es de 500000 vehiacuteculos eleacutectricos en 2015 y 15 millones en 2020 Se consumen actualmente 100000 toneladas en el mercado mundial

Ameacuterica Latina concentra entre el 50 y el 70 de las reservas mundiales (Bolivia Chile Argentina)

El Li es un material no contaminante(en todo caso antidepresivo)

Tecnologiacutea Madura

Datos Interesantes

Energiacuteas especiacuteficas

Minerales conteniendo Litio

54

Ocurrencia Li en la corteza terrestre 0006 (entre los 27 mas abundantes) Se conocen mas de 150 minerales portadores de Li

Yacimientos Minerales de Pegmatitas Presente en magmas de baja viscosidad Pegmatitas de estructura zonada Se encuentra junto a Casiterita Berilo Apatita Columbita Granate Turmalina Feldespato Cuarzo Micas y otros

Salmueras Naturales Lagos salinos y salares Yacimientos de evaporacioacuten (minerales evaporiacuteticos) Alta solubilidad del Cloruro de Li Zonas aacuteridas

Imagen Nombre Foacutermula de Li2O

Espodumeno Li2O Al2O34SiO2

(PF 37620)804

(37 Li)

Lepidolita Li2AlSi4O10(FOH)(PF 37334)

3 ndash 6(37 Li)

Zinnwaldita KLiFeAl2Si3O10(OHF)(PF 42011)

2 ndash 4(17 Li)

Ambligonita Li Al(FOH)PO4

(PF 14587)101

(48 Li)

Tipos de Minerales

- Explotacioacuten extraccioacuten de aguas subterraacuteneas salinas- Procesamiento - Bombeo de salmueras (conteniendo 300 - 1500 ppm Li+) - Evaporacioacuten y Concentracioacuten de Litio (aprox factor gt10) - Purificacioacuten de salmueras Agregado de Ca(OH)2

separacioacuten de Mg(OH)2 boacuterax sulfatos

- Adicioacuten de Na2CO3 obtencioacuten de Li2CO3

Recuperacioacuten de aprox 90 de Li de la salmuera inicialSubproductos KCl CaSO4 2H2O(yeso) Mg(OH)2 Boacuterax

Obtencioacuten de Litio desde los Salares

Li2CO3

Reservas de Litio a nivel global

Reservas desde salares

Ameacuterica del sur guarda el 75 de las reservas de Litio mundiales

iquestFuturo de las bateriacuteas de Ion-LibullBateriacuteas de litio-aire

iquestFuturo de las bateriacuteas de Ion-LibullBateriacuteas de litio-aire

Algunas conclusiones El almacenamiento de energiacutea hoy juega un rol determinante para reemplazar el petroacuteleo con energiacuteas alternativas

El desarrollo del aacutenodo de grafito significoacute un profundo salto en el desarrollo de las bateriacuteas de litio

Por su versatilidad la bateriacutea de ioacuten-litio puede satisfacer necesidades de requerimientos muy variados

Hoy es posible desarrollar e investigar bateriacuteas de ion-Li en la Argentina

Particularmente en nuestra universidad se estaacute investigando en el disentildeo estudio y preparacioacuten de materiales alternativos para electrodos de estas bateriacuteas

Litio

66

Siacutembolo quiacutemico LiNuacutemero Atoacutemico (Z) 3Elemento perteneciente al Grupo I Metales Alcalinos (1s2 2s1)Peso Atoacutemico 6941 umaEs el elemento metaacutelico maacutes liviano que existe a temperatura ambiente Soacutelido a temperatura ambienteIsoacutetopos 6 Li Abundancia 742 No Radioactivo

7 Li Abundancia 9258 No Radioactivo 5 Li 8 Li 9Li Isoacutetopos artificiales

Estado de Oxidacioacuten 1+ (catioacuten Li+)Radio atoacutemico 0152 nm (metal)Radio ioacutenico (Li+) 0060 nm

Caracteriacuteticas

67

Metal blanco lustre plateado y dureza de 06 (maacutes blando que el plomo) Densidad alrededor de la mitad del aguaEs altamente reactivo y se asemeja al sodio en su comportamiento quiacutemico El Cloruro de Litio es muy soluble en agua Los Carbonatos Fluoruros y Fosfatos de litio son muy poco solubles en agua Reacciona muy raacutepidamente con el aire (O2 y N2) y con agua

Debe ser almacenado sumergido en un liacutequido orgaacutenico (hidrocarburo) como nafta kerosene etc El metal arde fuertemente en aire con llama blanca brillante Las soluciones acuosas de Li+ imparten un color rojo carmesiacute a la llama

Litio y derivadosArbol de Litio

Ton Li 2CO

3

Uso proyectado en celulares

Yacimientos de minerales en Argentina

Pegmatitas Sierras Pampeanas San Luis CoacuterdobaSan Juan La Rioja Catamarca Salta Jujuy

Tipos de Minerales Silicatos Espodumeno LiAlSi2O6 (75 a 8 LiO2)

Petalita LiAlSi4O10

Micas Lepidolita K[LiAl]3[AlSi]4O10[FOH]2

Zinwaldita K[LiAlFe]3[AlSi]4O10[FOH]2

Fosfatos Litiofilita (MnLi)PO4

Ambligonita (LiNa)Al(FOH)PO4

Yacimientos en Argentina

Salares y Salmueras NaturalesZona de la Puna Salta Jujuy y Catamarca

Jujuy

Salta

Catamarca

Ambiente de los salares

iquestImpacto en el ambiente

La Negra ChilePlanta

en Salta

- La existencia de costras soacutelidas de sal es soacutelo una caracteriacutestica superficial que estaacute presente en algunos salares pero no es representativa de la complejidad del sistema

- Un salar tiene asociado un cuerpo subterraacuteneo de salmuera que lo alimenta y tiene diferentes lsquofaciesrsquo de sales en profundidad como cloruro de sodio (halita) cloruros y sulfatos de potasio y magnesio y otros sulfatos y carbonatos

Geologiacutea de un Salar

Produccioacuten Global de litio(en metal equivalente)

- La existencia de costras soacutelidas de sal es soacutelo una caracteriacutestica superficial que estaacute presente en algunos salares pero no es representativa de la complejidad del sistema

- Un salar tiene asociado un cuerpo subterraacuteneo de salmuera que lo alimenta y tiene diferentes lsquofaciesrsquo de sales en profundidad como cloruro de sodio (halita) cloruros y sulfatos de potasio y magnesio y otros sulfatos y carbonatos

Geologiacutea de un Salar

Aspectos de relevanciaConsumo y contaminacioacuten de agua impactos en el paisaje introduccioacuten de caminos de exploracioacuten en ecosistemas sensibles instalacioacuten de infraestructura impacto en la flora y fauna de la actividad industrial donde antes no la habiacutea generacioacuten de residuos soacutelidos y quiacutemicos

La salmuera es bombeada mediante perforaciones y luego se la expone al sol para

evaporar el liacutequido y concentrar los componentes de intereacutes La concentracioacuten de litio en las salmueras es baja y variacutea dentro de

cada salar y entre los distintos salares fluctuando entre unas pocas decenas de partes por milloacuten y poco maacutes de mil de acuerdo con

estos valores puede estimarse que por cada tonelada de litio extraiacuteda se evaporan alrededor

de dos millones de litros de agua clara evidencia de que la mineriacutea del litio en salares es

una mineriacutea del agua

iquestA quieacuten impacta

ldquoNo puede ni debe realizarse ninguacuten tipo de actividad minera sin el consentimiento libre previo e informado de las comunidades involucradasrdquo

Y nosotros que podemos hacerDesarrollo de nuevos materialesPreparacioacuten de materiales

CaracterizacioacutenEstudios Teoacutericos

Y nosotros que podemos hacerDesarrollo de nuevos materialesPreparacioacuten de materiales

CaracterizacioacutenEstudios Teoacutericos

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Bateriacutea de Cinc-Cobre Reacciones Reacutedox

Cu+2 + 2e rarr Cu Reduccioacuten Zn rarr Zn+2 + 2e Oxidacioacuten

Proceso netoCu+2 + Zn rarr Cu + Zn+2 11 Volts

Proceso Electroquiacutemico

Clasificacioacuten General

a)Bateriacuteas productoras de Energiacutea Bateriacuteas ldquoPrimariasrdquo

- Cinc-Carboacuten (comuacuten)- Cinc-Carboacuten Alcalinas- Tipo ldquobotoacutenrdquo (de reloj)

b) Bateriacuteas de almacenamiento de Energiacutea Bateriacuteas ldquoSecundariasrdquo o ldquoRecargablesrdquo

- Plomo-aacutecido- Niacutequel-Cadmio- Niacutequel-Metal hidruro- Litio metaacutelico (en desuso)- Ioacuten-Litio

Utiles como Vectores Energeacuteticos

Un solo uso

Quiacutemica de las Bateriacuteas mas comunes

1) ldquoPilardquo de Leclancheacute o ldquopila secardquo Cinc-carbon (Zn-C)

Zn (metal) pasta de NH4ClndashZnCl2 oacutexido de manganeso + carboacuten grafitoelectrodo (-) electrodo (+)

REACCIONES

Zn Zn2+(ac) + 2 e

ndash Anodo (-)

2 MnO2(s) + 2endash + hellip 2 MnO(OH)(s) + Caacutetodo (+)

Diferencia de Potencial Eleacutectrico

Voltaje 150 Volts

Bateriacuteas ldquoPrimariasrdquo

Aacutenodo de grafitoproceso de cargado

Colector de corriente

Grafeno

Nube de electrones

Bateriacutea de ion-litio

Anodo Construido sobre una laacutemina de Cobre de 10-20 mm de espesor

Caacutetodo Construido sobre una laacutemina de Aluminio de 10-20 mm de espesor

Bateriacutea 18650 37 V 2100 mAh

bullBateriacuteas de ion-Li En 2007 se produjeron mundialmente 2500000000 de bateriacuteas de Li

Se proyecta una utilizacioacuten de 20000 t de Litio en la fabricacioacuten de bateriacuteas para vehiacuteculos eleacutectricos cuya produccioacuten estimada es de 500000 vehiacuteculos eleacutectricos en 2015 y 15 millones en 2020 Se consumen actualmente 100000 toneladas en el mercado mundial

Ameacuterica Latina concentra entre el 50 y el 70 de las reservas mundiales (Bolivia Chile Argentina)

El Li es un material no contaminante(en todo caso antidepresivo)

Tecnologiacutea Madura

Datos Interesantes

Energiacuteas especiacuteficas

Minerales conteniendo Litio

54

Ocurrencia Li en la corteza terrestre 0006 (entre los 27 mas abundantes) Se conocen mas de 150 minerales portadores de Li

Yacimientos Minerales de Pegmatitas Presente en magmas de baja viscosidad Pegmatitas de estructura zonada Se encuentra junto a Casiterita Berilo Apatita Columbita Granate Turmalina Feldespato Cuarzo Micas y otros

Salmueras Naturales Lagos salinos y salares Yacimientos de evaporacioacuten (minerales evaporiacuteticos) Alta solubilidad del Cloruro de Li Zonas aacuteridas

Imagen Nombre Foacutermula de Li2O

Espodumeno Li2O Al2O34SiO2

(PF 37620)804

(37 Li)

Lepidolita Li2AlSi4O10(FOH)(PF 37334)

3 ndash 6(37 Li)

Zinnwaldita KLiFeAl2Si3O10(OHF)(PF 42011)

2 ndash 4(17 Li)

Ambligonita Li Al(FOH)PO4

(PF 14587)101

(48 Li)

Tipos de Minerales

- Explotacioacuten extraccioacuten de aguas subterraacuteneas salinas- Procesamiento - Bombeo de salmueras (conteniendo 300 - 1500 ppm Li+) - Evaporacioacuten y Concentracioacuten de Litio (aprox factor gt10) - Purificacioacuten de salmueras Agregado de Ca(OH)2

separacioacuten de Mg(OH)2 boacuterax sulfatos

- Adicioacuten de Na2CO3 obtencioacuten de Li2CO3

Recuperacioacuten de aprox 90 de Li de la salmuera inicialSubproductos KCl CaSO4 2H2O(yeso) Mg(OH)2 Boacuterax

Obtencioacuten de Litio desde los Salares

Li2CO3

Reservas de Litio a nivel global

Reservas desde salares

Ameacuterica del sur guarda el 75 de las reservas de Litio mundiales

iquestFuturo de las bateriacuteas de Ion-LibullBateriacuteas de litio-aire

iquestFuturo de las bateriacuteas de Ion-LibullBateriacuteas de litio-aire

Algunas conclusiones El almacenamiento de energiacutea hoy juega un rol determinante para reemplazar el petroacuteleo con energiacuteas alternativas

El desarrollo del aacutenodo de grafito significoacute un profundo salto en el desarrollo de las bateriacuteas de litio

Por su versatilidad la bateriacutea de ioacuten-litio puede satisfacer necesidades de requerimientos muy variados

Hoy es posible desarrollar e investigar bateriacuteas de ion-Li en la Argentina

Particularmente en nuestra universidad se estaacute investigando en el disentildeo estudio y preparacioacuten de materiales alternativos para electrodos de estas bateriacuteas

Litio

66

Siacutembolo quiacutemico LiNuacutemero Atoacutemico (Z) 3Elemento perteneciente al Grupo I Metales Alcalinos (1s2 2s1)Peso Atoacutemico 6941 umaEs el elemento metaacutelico maacutes liviano que existe a temperatura ambiente Soacutelido a temperatura ambienteIsoacutetopos 6 Li Abundancia 742 No Radioactivo

7 Li Abundancia 9258 No Radioactivo 5 Li 8 Li 9Li Isoacutetopos artificiales

Estado de Oxidacioacuten 1+ (catioacuten Li+)Radio atoacutemico 0152 nm (metal)Radio ioacutenico (Li+) 0060 nm

Caracteriacuteticas

67

Metal blanco lustre plateado y dureza de 06 (maacutes blando que el plomo) Densidad alrededor de la mitad del aguaEs altamente reactivo y se asemeja al sodio en su comportamiento quiacutemico El Cloruro de Litio es muy soluble en agua Los Carbonatos Fluoruros y Fosfatos de litio son muy poco solubles en agua Reacciona muy raacutepidamente con el aire (O2 y N2) y con agua

Debe ser almacenado sumergido en un liacutequido orgaacutenico (hidrocarburo) como nafta kerosene etc El metal arde fuertemente en aire con llama blanca brillante Las soluciones acuosas de Li+ imparten un color rojo carmesiacute a la llama

Litio y derivadosArbol de Litio

Ton Li 2CO

3

Uso proyectado en celulares

Yacimientos de minerales en Argentina

Pegmatitas Sierras Pampeanas San Luis CoacuterdobaSan Juan La Rioja Catamarca Salta Jujuy

Tipos de Minerales Silicatos Espodumeno LiAlSi2O6 (75 a 8 LiO2)

Petalita LiAlSi4O10

Micas Lepidolita K[LiAl]3[AlSi]4O10[FOH]2

Zinwaldita K[LiAlFe]3[AlSi]4O10[FOH]2

Fosfatos Litiofilita (MnLi)PO4

Ambligonita (LiNa)Al(FOH)PO4

Yacimientos en Argentina

Salares y Salmueras NaturalesZona de la Puna Salta Jujuy y Catamarca

Jujuy

Salta

Catamarca

Ambiente de los salares

iquestImpacto en el ambiente

La Negra ChilePlanta

en Salta

- La existencia de costras soacutelidas de sal es soacutelo una caracteriacutestica superficial que estaacute presente en algunos salares pero no es representativa de la complejidad del sistema

- Un salar tiene asociado un cuerpo subterraacuteneo de salmuera que lo alimenta y tiene diferentes lsquofaciesrsquo de sales en profundidad como cloruro de sodio (halita) cloruros y sulfatos de potasio y magnesio y otros sulfatos y carbonatos

Geologiacutea de un Salar

Produccioacuten Global de litio(en metal equivalente)

- La existencia de costras soacutelidas de sal es soacutelo una caracteriacutestica superficial que estaacute presente en algunos salares pero no es representativa de la complejidad del sistema

- Un salar tiene asociado un cuerpo subterraacuteneo de salmuera que lo alimenta y tiene diferentes lsquofaciesrsquo de sales en profundidad como cloruro de sodio (halita) cloruros y sulfatos de potasio y magnesio y otros sulfatos y carbonatos

Geologiacutea de un Salar

Aspectos de relevanciaConsumo y contaminacioacuten de agua impactos en el paisaje introduccioacuten de caminos de exploracioacuten en ecosistemas sensibles instalacioacuten de infraestructura impacto en la flora y fauna de la actividad industrial donde antes no la habiacutea generacioacuten de residuos soacutelidos y quiacutemicos

La salmuera es bombeada mediante perforaciones y luego se la expone al sol para

evaporar el liacutequido y concentrar los componentes de intereacutes La concentracioacuten de litio en las salmueras es baja y variacutea dentro de

cada salar y entre los distintos salares fluctuando entre unas pocas decenas de partes por milloacuten y poco maacutes de mil de acuerdo con

estos valores puede estimarse que por cada tonelada de litio extraiacuteda se evaporan alrededor

de dos millones de litros de agua clara evidencia de que la mineriacutea del litio en salares es

una mineriacutea del agua

iquestA quieacuten impacta

ldquoNo puede ni debe realizarse ninguacuten tipo de actividad minera sin el consentimiento libre previo e informado de las comunidades involucradasrdquo

Y nosotros que podemos hacerDesarrollo de nuevos materialesPreparacioacuten de materiales

CaracterizacioacutenEstudios Teoacutericos

Y nosotros que podemos hacerDesarrollo de nuevos materialesPreparacioacuten de materiales

CaracterizacioacutenEstudios Teoacutericos

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Clasificacioacuten General

a)Bateriacuteas productoras de Energiacutea Bateriacuteas ldquoPrimariasrdquo

- Cinc-Carboacuten (comuacuten)- Cinc-Carboacuten Alcalinas- Tipo ldquobotoacutenrdquo (de reloj)

b) Bateriacuteas de almacenamiento de Energiacutea Bateriacuteas ldquoSecundariasrdquo o ldquoRecargablesrdquo

- Plomo-aacutecido- Niacutequel-Cadmio- Niacutequel-Metal hidruro- Litio metaacutelico (en desuso)- Ioacuten-Litio

Utiles como Vectores Energeacuteticos

Un solo uso

Quiacutemica de las Bateriacuteas mas comunes

1) ldquoPilardquo de Leclancheacute o ldquopila secardquo Cinc-carbon (Zn-C)

Zn (metal) pasta de NH4ClndashZnCl2 oacutexido de manganeso + carboacuten grafitoelectrodo (-) electrodo (+)

REACCIONES

Zn Zn2+(ac) + 2 e

ndash Anodo (-)

2 MnO2(s) + 2endash + hellip 2 MnO(OH)(s) + Caacutetodo (+)

Diferencia de Potencial Eleacutectrico

Voltaje 150 Volts

Bateriacuteas ldquoPrimariasrdquo

Aacutenodo de grafitoproceso de cargado

Colector de corriente

Grafeno

Nube de electrones

Bateriacutea de ion-litio

Anodo Construido sobre una laacutemina de Cobre de 10-20 mm de espesor

Caacutetodo Construido sobre una laacutemina de Aluminio de 10-20 mm de espesor

Bateriacutea 18650 37 V 2100 mAh

bullBateriacuteas de ion-Li En 2007 se produjeron mundialmente 2500000000 de bateriacuteas de Li

Se proyecta una utilizacioacuten de 20000 t de Litio en la fabricacioacuten de bateriacuteas para vehiacuteculos eleacutectricos cuya produccioacuten estimada es de 500000 vehiacuteculos eleacutectricos en 2015 y 15 millones en 2020 Se consumen actualmente 100000 toneladas en el mercado mundial

Ameacuterica Latina concentra entre el 50 y el 70 de las reservas mundiales (Bolivia Chile Argentina)

El Li es un material no contaminante(en todo caso antidepresivo)

Tecnologiacutea Madura

Datos Interesantes

Energiacuteas especiacuteficas

Minerales conteniendo Litio

54

Ocurrencia Li en la corteza terrestre 0006 (entre los 27 mas abundantes) Se conocen mas de 150 minerales portadores de Li

Yacimientos Minerales de Pegmatitas Presente en magmas de baja viscosidad Pegmatitas de estructura zonada Se encuentra junto a Casiterita Berilo Apatita Columbita Granate Turmalina Feldespato Cuarzo Micas y otros

Salmueras Naturales Lagos salinos y salares Yacimientos de evaporacioacuten (minerales evaporiacuteticos) Alta solubilidad del Cloruro de Li Zonas aacuteridas

Imagen Nombre Foacutermula de Li2O

Espodumeno Li2O Al2O34SiO2

(PF 37620)804

(37 Li)

Lepidolita Li2AlSi4O10(FOH)(PF 37334)

3 ndash 6(37 Li)

Zinnwaldita KLiFeAl2Si3O10(OHF)(PF 42011)

2 ndash 4(17 Li)

Ambligonita Li Al(FOH)PO4

(PF 14587)101

(48 Li)

Tipos de Minerales

- Explotacioacuten extraccioacuten de aguas subterraacuteneas salinas- Procesamiento - Bombeo de salmueras (conteniendo 300 - 1500 ppm Li+) - Evaporacioacuten y Concentracioacuten de Litio (aprox factor gt10) - Purificacioacuten de salmueras Agregado de Ca(OH)2

separacioacuten de Mg(OH)2 boacuterax sulfatos

- Adicioacuten de Na2CO3 obtencioacuten de Li2CO3

Recuperacioacuten de aprox 90 de Li de la salmuera inicialSubproductos KCl CaSO4 2H2O(yeso) Mg(OH)2 Boacuterax

Obtencioacuten de Litio desde los Salares

Li2CO3

Reservas de Litio a nivel global

Reservas desde salares

Ameacuterica del sur guarda el 75 de las reservas de Litio mundiales

iquestFuturo de las bateriacuteas de Ion-LibullBateriacuteas de litio-aire

iquestFuturo de las bateriacuteas de Ion-LibullBateriacuteas de litio-aire

Algunas conclusiones El almacenamiento de energiacutea hoy juega un rol determinante para reemplazar el petroacuteleo con energiacuteas alternativas

El desarrollo del aacutenodo de grafito significoacute un profundo salto en el desarrollo de las bateriacuteas de litio

Por su versatilidad la bateriacutea de ioacuten-litio puede satisfacer necesidades de requerimientos muy variados

Hoy es posible desarrollar e investigar bateriacuteas de ion-Li en la Argentina

Particularmente en nuestra universidad se estaacute investigando en el disentildeo estudio y preparacioacuten de materiales alternativos para electrodos de estas bateriacuteas

Litio

66

Siacutembolo quiacutemico LiNuacutemero Atoacutemico (Z) 3Elemento perteneciente al Grupo I Metales Alcalinos (1s2 2s1)Peso Atoacutemico 6941 umaEs el elemento metaacutelico maacutes liviano que existe a temperatura ambiente Soacutelido a temperatura ambienteIsoacutetopos 6 Li Abundancia 742 No Radioactivo

7 Li Abundancia 9258 No Radioactivo 5 Li 8 Li 9Li Isoacutetopos artificiales

Estado de Oxidacioacuten 1+ (catioacuten Li+)Radio atoacutemico 0152 nm (metal)Radio ioacutenico (Li+) 0060 nm

Caracteriacuteticas

67

Metal blanco lustre plateado y dureza de 06 (maacutes blando que el plomo) Densidad alrededor de la mitad del aguaEs altamente reactivo y se asemeja al sodio en su comportamiento quiacutemico El Cloruro de Litio es muy soluble en agua Los Carbonatos Fluoruros y Fosfatos de litio son muy poco solubles en agua Reacciona muy raacutepidamente con el aire (O2 y N2) y con agua

Debe ser almacenado sumergido en un liacutequido orgaacutenico (hidrocarburo) como nafta kerosene etc El metal arde fuertemente en aire con llama blanca brillante Las soluciones acuosas de Li+ imparten un color rojo carmesiacute a la llama

Litio y derivadosArbol de Litio

Ton Li 2CO

3

Uso proyectado en celulares

Yacimientos de minerales en Argentina

Pegmatitas Sierras Pampeanas San Luis CoacuterdobaSan Juan La Rioja Catamarca Salta Jujuy

Tipos de Minerales Silicatos Espodumeno LiAlSi2O6 (75 a 8 LiO2)

Petalita LiAlSi4O10

Micas Lepidolita K[LiAl]3[AlSi]4O10[FOH]2

Zinwaldita K[LiAlFe]3[AlSi]4O10[FOH]2

Fosfatos Litiofilita (MnLi)PO4

Ambligonita (LiNa)Al(FOH)PO4

Yacimientos en Argentina

Salares y Salmueras NaturalesZona de la Puna Salta Jujuy y Catamarca

Jujuy

Salta

Catamarca

Ambiente de los salares

iquestImpacto en el ambiente

La Negra ChilePlanta

en Salta

- La existencia de costras soacutelidas de sal es soacutelo una caracteriacutestica superficial que estaacute presente en algunos salares pero no es representativa de la complejidad del sistema

- Un salar tiene asociado un cuerpo subterraacuteneo de salmuera que lo alimenta y tiene diferentes lsquofaciesrsquo de sales en profundidad como cloruro de sodio (halita) cloruros y sulfatos de potasio y magnesio y otros sulfatos y carbonatos

Geologiacutea de un Salar

Produccioacuten Global de litio(en metal equivalente)

- La existencia de costras soacutelidas de sal es soacutelo una caracteriacutestica superficial que estaacute presente en algunos salares pero no es representativa de la complejidad del sistema

- Un salar tiene asociado un cuerpo subterraacuteneo de salmuera que lo alimenta y tiene diferentes lsquofaciesrsquo de sales en profundidad como cloruro de sodio (halita) cloruros y sulfatos de potasio y magnesio y otros sulfatos y carbonatos

Geologiacutea de un Salar

Aspectos de relevanciaConsumo y contaminacioacuten de agua impactos en el paisaje introduccioacuten de caminos de exploracioacuten en ecosistemas sensibles instalacioacuten de infraestructura impacto en la flora y fauna de la actividad industrial donde antes no la habiacutea generacioacuten de residuos soacutelidos y quiacutemicos

La salmuera es bombeada mediante perforaciones y luego se la expone al sol para

evaporar el liacutequido y concentrar los componentes de intereacutes La concentracioacuten de litio en las salmueras es baja y variacutea dentro de

cada salar y entre los distintos salares fluctuando entre unas pocas decenas de partes por milloacuten y poco maacutes de mil de acuerdo con

estos valores puede estimarse que por cada tonelada de litio extraiacuteda se evaporan alrededor

de dos millones de litros de agua clara evidencia de que la mineriacutea del litio en salares es

una mineriacutea del agua

iquestA quieacuten impacta

ldquoNo puede ni debe realizarse ninguacuten tipo de actividad minera sin el consentimiento libre previo e informado de las comunidades involucradasrdquo

Y nosotros que podemos hacerDesarrollo de nuevos materialesPreparacioacuten de materiales

CaracterizacioacutenEstudios Teoacutericos

Y nosotros que podemos hacerDesarrollo de nuevos materialesPreparacioacuten de materiales

CaracterizacioacutenEstudios Teoacutericos

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Quiacutemica de las Bateriacuteas mas comunes

1) ldquoPilardquo de Leclancheacute o ldquopila secardquo Cinc-carbon (Zn-C)

Zn (metal) pasta de NH4ClndashZnCl2 oacutexido de manganeso + carboacuten grafitoelectrodo (-) electrodo (+)

REACCIONES

Zn Zn2+(ac) + 2 e

ndash Anodo (-)

2 MnO2(s) + 2endash + hellip 2 MnO(OH)(s) + Caacutetodo (+)

Diferencia de Potencial Eleacutectrico

Voltaje 150 Volts

Bateriacuteas ldquoPrimariasrdquo

Aacutenodo de grafitoproceso de cargado

Colector de corriente

Grafeno

Nube de electrones

Bateriacutea de ion-litio

Anodo Construido sobre una laacutemina de Cobre de 10-20 mm de espesor

Caacutetodo Construido sobre una laacutemina de Aluminio de 10-20 mm de espesor

Bateriacutea 18650 37 V 2100 mAh

bullBateriacuteas de ion-Li En 2007 se produjeron mundialmente 2500000000 de bateriacuteas de Li

Se proyecta una utilizacioacuten de 20000 t de Litio en la fabricacioacuten de bateriacuteas para vehiacuteculos eleacutectricos cuya produccioacuten estimada es de 500000 vehiacuteculos eleacutectricos en 2015 y 15 millones en 2020 Se consumen actualmente 100000 toneladas en el mercado mundial

Ameacuterica Latina concentra entre el 50 y el 70 de las reservas mundiales (Bolivia Chile Argentina)

El Li es un material no contaminante(en todo caso antidepresivo)

Tecnologiacutea Madura

Datos Interesantes

Energiacuteas especiacuteficas

Minerales conteniendo Litio

54

Ocurrencia Li en la corteza terrestre 0006 (entre los 27 mas abundantes) Se conocen mas de 150 minerales portadores de Li

Yacimientos Minerales de Pegmatitas Presente en magmas de baja viscosidad Pegmatitas de estructura zonada Se encuentra junto a Casiterita Berilo Apatita Columbita Granate Turmalina Feldespato Cuarzo Micas y otros

Salmueras Naturales Lagos salinos y salares Yacimientos de evaporacioacuten (minerales evaporiacuteticos) Alta solubilidad del Cloruro de Li Zonas aacuteridas

Imagen Nombre Foacutermula de Li2O

Espodumeno Li2O Al2O34SiO2

(PF 37620)804

(37 Li)

Lepidolita Li2AlSi4O10(FOH)(PF 37334)

3 ndash 6(37 Li)

Zinnwaldita KLiFeAl2Si3O10(OHF)(PF 42011)

2 ndash 4(17 Li)

Ambligonita Li Al(FOH)PO4

(PF 14587)101

(48 Li)

Tipos de Minerales

- Explotacioacuten extraccioacuten de aguas subterraacuteneas salinas- Procesamiento - Bombeo de salmueras (conteniendo 300 - 1500 ppm Li+) - Evaporacioacuten y Concentracioacuten de Litio (aprox factor gt10) - Purificacioacuten de salmueras Agregado de Ca(OH)2

separacioacuten de Mg(OH)2 boacuterax sulfatos

- Adicioacuten de Na2CO3 obtencioacuten de Li2CO3

Recuperacioacuten de aprox 90 de Li de la salmuera inicialSubproductos KCl CaSO4 2H2O(yeso) Mg(OH)2 Boacuterax

Obtencioacuten de Litio desde los Salares

Li2CO3

Reservas de Litio a nivel global

Reservas desde salares

Ameacuterica del sur guarda el 75 de las reservas de Litio mundiales

iquestFuturo de las bateriacuteas de Ion-LibullBateriacuteas de litio-aire

iquestFuturo de las bateriacuteas de Ion-LibullBateriacuteas de litio-aire

Algunas conclusiones El almacenamiento de energiacutea hoy juega un rol determinante para reemplazar el petroacuteleo con energiacuteas alternativas

El desarrollo del aacutenodo de grafito significoacute un profundo salto en el desarrollo de las bateriacuteas de litio

Por su versatilidad la bateriacutea de ioacuten-litio puede satisfacer necesidades de requerimientos muy variados

Hoy es posible desarrollar e investigar bateriacuteas de ion-Li en la Argentina

Particularmente en nuestra universidad se estaacute investigando en el disentildeo estudio y preparacioacuten de materiales alternativos para electrodos de estas bateriacuteas

Litio

66

Siacutembolo quiacutemico LiNuacutemero Atoacutemico (Z) 3Elemento perteneciente al Grupo I Metales Alcalinos (1s2 2s1)Peso Atoacutemico 6941 umaEs el elemento metaacutelico maacutes liviano que existe a temperatura ambiente Soacutelido a temperatura ambienteIsoacutetopos 6 Li Abundancia 742 No Radioactivo

7 Li Abundancia 9258 No Radioactivo 5 Li 8 Li 9Li Isoacutetopos artificiales

Estado de Oxidacioacuten 1+ (catioacuten Li+)Radio atoacutemico 0152 nm (metal)Radio ioacutenico (Li+) 0060 nm

Caracteriacuteticas

67

Metal blanco lustre plateado y dureza de 06 (maacutes blando que el plomo) Densidad alrededor de la mitad del aguaEs altamente reactivo y se asemeja al sodio en su comportamiento quiacutemico El Cloruro de Litio es muy soluble en agua Los Carbonatos Fluoruros y Fosfatos de litio son muy poco solubles en agua Reacciona muy raacutepidamente con el aire (O2 y N2) y con agua

Debe ser almacenado sumergido en un liacutequido orgaacutenico (hidrocarburo) como nafta kerosene etc El metal arde fuertemente en aire con llama blanca brillante Las soluciones acuosas de Li+ imparten un color rojo carmesiacute a la llama

Litio y derivadosArbol de Litio

Ton Li 2CO

3

Uso proyectado en celulares

Yacimientos de minerales en Argentina

Pegmatitas Sierras Pampeanas San Luis CoacuterdobaSan Juan La Rioja Catamarca Salta Jujuy

Tipos de Minerales Silicatos Espodumeno LiAlSi2O6 (75 a 8 LiO2)

Petalita LiAlSi4O10

Micas Lepidolita K[LiAl]3[AlSi]4O10[FOH]2

Zinwaldita K[LiAlFe]3[AlSi]4O10[FOH]2

Fosfatos Litiofilita (MnLi)PO4

Ambligonita (LiNa)Al(FOH)PO4

Yacimientos en Argentina

Salares y Salmueras NaturalesZona de la Puna Salta Jujuy y Catamarca

Jujuy

Salta

Catamarca

Ambiente de los salares

iquestImpacto en el ambiente

La Negra ChilePlanta

en Salta

- La existencia de costras soacutelidas de sal es soacutelo una caracteriacutestica superficial que estaacute presente en algunos salares pero no es representativa de la complejidad del sistema

- Un salar tiene asociado un cuerpo subterraacuteneo de salmuera que lo alimenta y tiene diferentes lsquofaciesrsquo de sales en profundidad como cloruro de sodio (halita) cloruros y sulfatos de potasio y magnesio y otros sulfatos y carbonatos

Geologiacutea de un Salar

Produccioacuten Global de litio(en metal equivalente)

- La existencia de costras soacutelidas de sal es soacutelo una caracteriacutestica superficial que estaacute presente en algunos salares pero no es representativa de la complejidad del sistema

- Un salar tiene asociado un cuerpo subterraacuteneo de salmuera que lo alimenta y tiene diferentes lsquofaciesrsquo de sales en profundidad como cloruro de sodio (halita) cloruros y sulfatos de potasio y magnesio y otros sulfatos y carbonatos

Geologiacutea de un Salar

Aspectos de relevanciaConsumo y contaminacioacuten de agua impactos en el paisaje introduccioacuten de caminos de exploracioacuten en ecosistemas sensibles instalacioacuten de infraestructura impacto en la flora y fauna de la actividad industrial donde antes no la habiacutea generacioacuten de residuos soacutelidos y quiacutemicos

La salmuera es bombeada mediante perforaciones y luego se la expone al sol para

evaporar el liacutequido y concentrar los componentes de intereacutes La concentracioacuten de litio en las salmueras es baja y variacutea dentro de

cada salar y entre los distintos salares fluctuando entre unas pocas decenas de partes por milloacuten y poco maacutes de mil de acuerdo con

estos valores puede estimarse que por cada tonelada de litio extraiacuteda se evaporan alrededor

de dos millones de litros de agua clara evidencia de que la mineriacutea del litio en salares es

una mineriacutea del agua

iquestA quieacuten impacta

ldquoNo puede ni debe realizarse ninguacuten tipo de actividad minera sin el consentimiento libre previo e informado de las comunidades involucradasrdquo

Y nosotros que podemos hacerDesarrollo de nuevos materialesPreparacioacuten de materiales

CaracterizacioacutenEstudios Teoacutericos

Y nosotros que podemos hacerDesarrollo de nuevos materialesPreparacioacuten de materiales

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Aacutenodo de grafitoproceso de cargado

Colector de corriente

Grafeno

Nube de electrones

Bateriacutea de ion-litio

Anodo Construido sobre una laacutemina de Cobre de 10-20 mm de espesor

Caacutetodo Construido sobre una laacutemina de Aluminio de 10-20 mm de espesor

Bateriacutea 18650 37 V 2100 mAh

bullBateriacuteas de ion-Li En 2007 se produjeron mundialmente 2500000000 de bateriacuteas de Li

Se proyecta una utilizacioacuten de 20000 t de Litio en la fabricacioacuten de bateriacuteas para vehiacuteculos eleacutectricos cuya produccioacuten estimada es de 500000 vehiacuteculos eleacutectricos en 2015 y 15 millones en 2020 Se consumen actualmente 100000 toneladas en el mercado mundial

Ameacuterica Latina concentra entre el 50 y el 70 de las reservas mundiales (Bolivia Chile Argentina)

El Li es un material no contaminante(en todo caso antidepresivo)

Tecnologiacutea Madura

Datos Interesantes

Energiacuteas especiacuteficas

Minerales conteniendo Litio

54

Ocurrencia Li en la corteza terrestre 0006 (entre los 27 mas abundantes) Se conocen mas de 150 minerales portadores de Li

Yacimientos Minerales de Pegmatitas Presente en magmas de baja viscosidad Pegmatitas de estructura zonada Se encuentra junto a Casiterita Berilo Apatita Columbita Granate Turmalina Feldespato Cuarzo Micas y otros

Salmueras Naturales Lagos salinos y salares Yacimientos de evaporacioacuten (minerales evaporiacuteticos) Alta solubilidad del Cloruro de Li Zonas aacuteridas

Imagen Nombre Foacutermula de Li2O

Espodumeno Li2O Al2O34SiO2

(PF 37620)804

(37 Li)

Lepidolita Li2AlSi4O10(FOH)(PF 37334)

3 ndash 6(37 Li)

Zinnwaldita KLiFeAl2Si3O10(OHF)(PF 42011)

2 ndash 4(17 Li)

Ambligonita Li Al(FOH)PO4

(PF 14587)101

(48 Li)

Tipos de Minerales

- Explotacioacuten extraccioacuten de aguas subterraacuteneas salinas- Procesamiento - Bombeo de salmueras (conteniendo 300 - 1500 ppm Li+) - Evaporacioacuten y Concentracioacuten de Litio (aprox factor gt10) - Purificacioacuten de salmueras Agregado de Ca(OH)2

separacioacuten de Mg(OH)2 boacuterax sulfatos

- Adicioacuten de Na2CO3 obtencioacuten de Li2CO3

Recuperacioacuten de aprox 90 de Li de la salmuera inicialSubproductos KCl CaSO4 2H2O(yeso) Mg(OH)2 Boacuterax

Obtencioacuten de Litio desde los Salares

Li2CO3

Reservas de Litio a nivel global

Reservas desde salares

Ameacuterica del sur guarda el 75 de las reservas de Litio mundiales

iquestFuturo de las bateriacuteas de Ion-LibullBateriacuteas de litio-aire

iquestFuturo de las bateriacuteas de Ion-LibullBateriacuteas de litio-aire

Algunas conclusiones El almacenamiento de energiacutea hoy juega un rol determinante para reemplazar el petroacuteleo con energiacuteas alternativas

El desarrollo del aacutenodo de grafito significoacute un profundo salto en el desarrollo de las bateriacuteas de litio

Por su versatilidad la bateriacutea de ioacuten-litio puede satisfacer necesidades de requerimientos muy variados

Hoy es posible desarrollar e investigar bateriacuteas de ion-Li en la Argentina

Particularmente en nuestra universidad se estaacute investigando en el disentildeo estudio y preparacioacuten de materiales alternativos para electrodos de estas bateriacuteas

Litio

66

Siacutembolo quiacutemico LiNuacutemero Atoacutemico (Z) 3Elemento perteneciente al Grupo I Metales Alcalinos (1s2 2s1)Peso Atoacutemico 6941 umaEs el elemento metaacutelico maacutes liviano que existe a temperatura ambiente Soacutelido a temperatura ambienteIsoacutetopos 6 Li Abundancia 742 No Radioactivo

7 Li Abundancia 9258 No Radioactivo 5 Li 8 Li 9Li Isoacutetopos artificiales

Estado de Oxidacioacuten 1+ (catioacuten Li+)Radio atoacutemico 0152 nm (metal)Radio ioacutenico (Li+) 0060 nm

Caracteriacuteticas

67

Metal blanco lustre plateado y dureza de 06 (maacutes blando que el plomo) Densidad alrededor de la mitad del aguaEs altamente reactivo y se asemeja al sodio en su comportamiento quiacutemico El Cloruro de Litio es muy soluble en agua Los Carbonatos Fluoruros y Fosfatos de litio son muy poco solubles en agua Reacciona muy raacutepidamente con el aire (O2 y N2) y con agua

Debe ser almacenado sumergido en un liacutequido orgaacutenico (hidrocarburo) como nafta kerosene etc El metal arde fuertemente en aire con llama blanca brillante Las soluciones acuosas de Li+ imparten un color rojo carmesiacute a la llama

Litio y derivadosArbol de Litio

Ton Li 2CO

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Uso proyectado en celulares

Yacimientos de minerales en Argentina

Pegmatitas Sierras Pampeanas San Luis CoacuterdobaSan Juan La Rioja Catamarca Salta Jujuy

Tipos de Minerales Silicatos Espodumeno LiAlSi2O6 (75 a 8 LiO2)

Petalita LiAlSi4O10

Micas Lepidolita K[LiAl]3[AlSi]4O10[FOH]2

Zinwaldita K[LiAlFe]3[AlSi]4O10[FOH]2

Fosfatos Litiofilita (MnLi)PO4

Ambligonita (LiNa)Al(FOH)PO4

Yacimientos en Argentina

Salares y Salmueras NaturalesZona de la Puna Salta Jujuy y Catamarca

Jujuy

Salta

Catamarca

Ambiente de los salares

iquestImpacto en el ambiente

La Negra ChilePlanta

en Salta

- La existencia de costras soacutelidas de sal es soacutelo una caracteriacutestica superficial que estaacute presente en algunos salares pero no es representativa de la complejidad del sistema

- Un salar tiene asociado un cuerpo subterraacuteneo de salmuera que lo alimenta y tiene diferentes lsquofaciesrsquo de sales en profundidad como cloruro de sodio (halita) cloruros y sulfatos de potasio y magnesio y otros sulfatos y carbonatos

Geologiacutea de un Salar

Produccioacuten Global de litio(en metal equivalente)

- La existencia de costras soacutelidas de sal es soacutelo una caracteriacutestica superficial que estaacute presente en algunos salares pero no es representativa de la complejidad del sistema

- Un salar tiene asociado un cuerpo subterraacuteneo de salmuera que lo alimenta y tiene diferentes lsquofaciesrsquo de sales en profundidad como cloruro de sodio (halita) cloruros y sulfatos de potasio y magnesio y otros sulfatos y carbonatos

Geologiacutea de un Salar

Aspectos de relevanciaConsumo y contaminacioacuten de agua impactos en el paisaje introduccioacuten de caminos de exploracioacuten en ecosistemas sensibles instalacioacuten de infraestructura impacto en la flora y fauna de la actividad industrial donde antes no la habiacutea generacioacuten de residuos soacutelidos y quiacutemicos

La salmuera es bombeada mediante perforaciones y luego se la expone al sol para

evaporar el liacutequido y concentrar los componentes de intereacutes La concentracioacuten de litio en las salmueras es baja y variacutea dentro de

cada salar y entre los distintos salares fluctuando entre unas pocas decenas de partes por milloacuten y poco maacutes de mil de acuerdo con

estos valores puede estimarse que por cada tonelada de litio extraiacuteda se evaporan alrededor

de dos millones de litros de agua clara evidencia de que la mineriacutea del litio en salares es

una mineriacutea del agua

iquestA quieacuten impacta

ldquoNo puede ni debe realizarse ninguacuten tipo de actividad minera sin el consentimiento libre previo e informado de las comunidades involucradasrdquo

Y nosotros que podemos hacerDesarrollo de nuevos materialesPreparacioacuten de materiales

CaracterizacioacutenEstudios Teoacutericos

Y nosotros que podemos hacerDesarrollo de nuevos materialesPreparacioacuten de materiales

CaracterizacioacutenEstudios Teoacutericos

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Bateriacutea de ion-litio

Anodo Construido sobre una laacutemina de Cobre de 10-20 mm de espesor

Caacutetodo Construido sobre una laacutemina de Aluminio de 10-20 mm de espesor

Bateriacutea 18650 37 V 2100 mAh

bullBateriacuteas de ion-Li En 2007 se produjeron mundialmente 2500000000 de bateriacuteas de Li

Se proyecta una utilizacioacuten de 20000 t de Litio en la fabricacioacuten de bateriacuteas para vehiacuteculos eleacutectricos cuya produccioacuten estimada es de 500000 vehiacuteculos eleacutectricos en 2015 y 15 millones en 2020 Se consumen actualmente 100000 toneladas en el mercado mundial

Ameacuterica Latina concentra entre el 50 y el 70 de las reservas mundiales (Bolivia Chile Argentina)

El Li es un material no contaminante(en todo caso antidepresivo)

Tecnologiacutea Madura

Datos Interesantes

Energiacuteas especiacuteficas

Minerales conteniendo Litio

54

Ocurrencia Li en la corteza terrestre 0006 (entre los 27 mas abundantes) Se conocen mas de 150 minerales portadores de Li

Yacimientos Minerales de Pegmatitas Presente en magmas de baja viscosidad Pegmatitas de estructura zonada Se encuentra junto a Casiterita Berilo Apatita Columbita Granate Turmalina Feldespato Cuarzo Micas y otros

Salmueras Naturales Lagos salinos y salares Yacimientos de evaporacioacuten (minerales evaporiacuteticos) Alta solubilidad del Cloruro de Li Zonas aacuteridas

Imagen Nombre Foacutermula de Li2O

Espodumeno Li2O Al2O34SiO2

(PF 37620)804

(37 Li)

Lepidolita Li2AlSi4O10(FOH)(PF 37334)

3 ndash 6(37 Li)

Zinnwaldita KLiFeAl2Si3O10(OHF)(PF 42011)

2 ndash 4(17 Li)

Ambligonita Li Al(FOH)PO4

(PF 14587)101

(48 Li)

Tipos de Minerales

- Explotacioacuten extraccioacuten de aguas subterraacuteneas salinas- Procesamiento - Bombeo de salmueras (conteniendo 300 - 1500 ppm Li+) - Evaporacioacuten y Concentracioacuten de Litio (aprox factor gt10) - Purificacioacuten de salmueras Agregado de Ca(OH)2

separacioacuten de Mg(OH)2 boacuterax sulfatos

- Adicioacuten de Na2CO3 obtencioacuten de Li2CO3

Recuperacioacuten de aprox 90 de Li de la salmuera inicialSubproductos KCl CaSO4 2H2O(yeso) Mg(OH)2 Boacuterax

Obtencioacuten de Litio desde los Salares

Li2CO3

Reservas de Litio a nivel global

Reservas desde salares

Ameacuterica del sur guarda el 75 de las reservas de Litio mundiales

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iquestFuturo de las bateriacuteas de Ion-LibullBateriacuteas de litio-aire

Algunas conclusiones El almacenamiento de energiacutea hoy juega un rol determinante para reemplazar el petroacuteleo con energiacuteas alternativas

El desarrollo del aacutenodo de grafito significoacute un profundo salto en el desarrollo de las bateriacuteas de litio

Por su versatilidad la bateriacutea de ioacuten-litio puede satisfacer necesidades de requerimientos muy variados

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Particularmente en nuestra universidad se estaacute investigando en el disentildeo estudio y preparacioacuten de materiales alternativos para electrodos de estas bateriacuteas

Litio

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Siacutembolo quiacutemico LiNuacutemero Atoacutemico (Z) 3Elemento perteneciente al Grupo I Metales Alcalinos (1s2 2s1)Peso Atoacutemico 6941 umaEs el elemento metaacutelico maacutes liviano que existe a temperatura ambiente Soacutelido a temperatura ambienteIsoacutetopos 6 Li Abundancia 742 No Radioactivo

7 Li Abundancia 9258 No Radioactivo 5 Li 8 Li 9Li Isoacutetopos artificiales

Estado de Oxidacioacuten 1+ (catioacuten Li+)Radio atoacutemico 0152 nm (metal)Radio ioacutenico (Li+) 0060 nm

Caracteriacuteticas

67

Metal blanco lustre plateado y dureza de 06 (maacutes blando que el plomo) Densidad alrededor de la mitad del aguaEs altamente reactivo y se asemeja al sodio en su comportamiento quiacutemico El Cloruro de Litio es muy soluble en agua Los Carbonatos Fluoruros y Fosfatos de litio son muy poco solubles en agua Reacciona muy raacutepidamente con el aire (O2 y N2) y con agua

Debe ser almacenado sumergido en un liacutequido orgaacutenico (hidrocarburo) como nafta kerosene etc El metal arde fuertemente en aire con llama blanca brillante Las soluciones acuosas de Li+ imparten un color rojo carmesiacute a la llama

Litio y derivadosArbol de Litio

Ton Li 2CO

3

Uso proyectado en celulares

Yacimientos de minerales en Argentina

Pegmatitas Sierras Pampeanas San Luis CoacuterdobaSan Juan La Rioja Catamarca Salta Jujuy

Tipos de Minerales Silicatos Espodumeno LiAlSi2O6 (75 a 8 LiO2)

Petalita LiAlSi4O10

Micas Lepidolita K[LiAl]3[AlSi]4O10[FOH]2

Zinwaldita K[LiAlFe]3[AlSi]4O10[FOH]2

Fosfatos Litiofilita (MnLi)PO4

Ambligonita (LiNa)Al(FOH)PO4

Yacimientos en Argentina

Salares y Salmueras NaturalesZona de la Puna Salta Jujuy y Catamarca

Jujuy

Salta

Catamarca

Ambiente de los salares

iquestImpacto en el ambiente

La Negra ChilePlanta

en Salta

- La existencia de costras soacutelidas de sal es soacutelo una caracteriacutestica superficial que estaacute presente en algunos salares pero no es representativa de la complejidad del sistema

- Un salar tiene asociado un cuerpo subterraacuteneo de salmuera que lo alimenta y tiene diferentes lsquofaciesrsquo de sales en profundidad como cloruro de sodio (halita) cloruros y sulfatos de potasio y magnesio y otros sulfatos y carbonatos

Geologiacutea de un Salar

Produccioacuten Global de litio(en metal equivalente)

- La existencia de costras soacutelidas de sal es soacutelo una caracteriacutestica superficial que estaacute presente en algunos salares pero no es representativa de la complejidad del sistema

- Un salar tiene asociado un cuerpo subterraacuteneo de salmuera que lo alimenta y tiene diferentes lsquofaciesrsquo de sales en profundidad como cloruro de sodio (halita) cloruros y sulfatos de potasio y magnesio y otros sulfatos y carbonatos

Geologiacutea de un Salar

Aspectos de relevanciaConsumo y contaminacioacuten de agua impactos en el paisaje introduccioacuten de caminos de exploracioacuten en ecosistemas sensibles instalacioacuten de infraestructura impacto en la flora y fauna de la actividad industrial donde antes no la habiacutea generacioacuten de residuos soacutelidos y quiacutemicos

La salmuera es bombeada mediante perforaciones y luego se la expone al sol para

evaporar el liacutequido y concentrar los componentes de intereacutes La concentracioacuten de litio en las salmueras es baja y variacutea dentro de

cada salar y entre los distintos salares fluctuando entre unas pocas decenas de partes por milloacuten y poco maacutes de mil de acuerdo con

estos valores puede estimarse que por cada tonelada de litio extraiacuteda se evaporan alrededor

de dos millones de litros de agua clara evidencia de que la mineriacutea del litio en salares es

una mineriacutea del agua

iquestA quieacuten impacta

ldquoNo puede ni debe realizarse ninguacuten tipo de actividad minera sin el consentimiento libre previo e informado de las comunidades involucradasrdquo

Y nosotros que podemos hacerDesarrollo de nuevos materialesPreparacioacuten de materiales

CaracterizacioacutenEstudios Teoacutericos

Y nosotros que podemos hacerDesarrollo de nuevos materialesPreparacioacuten de materiales

CaracterizacioacutenEstudios Teoacutericos

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Page 46: Presentación de PowerPoint - famaf.unc.edu.ar · Oxido de Titanio Anodos importantes en uso Compuestos de intercalación Sn + xe-+ xLi+  Li ... Ensamble de celda y caracterización

bullBateriacuteas de ion-Li En 2007 se produjeron mundialmente 2500000000 de bateriacuteas de Li

Se proyecta una utilizacioacuten de 20000 t de Litio en la fabricacioacuten de bateriacuteas para vehiacuteculos eleacutectricos cuya produccioacuten estimada es de 500000 vehiacuteculos eleacutectricos en 2015 y 15 millones en 2020 Se consumen actualmente 100000 toneladas en el mercado mundial

Ameacuterica Latina concentra entre el 50 y el 70 de las reservas mundiales (Bolivia Chile Argentina)

El Li es un material no contaminante(en todo caso antidepresivo)

Tecnologiacutea Madura

Datos Interesantes

Energiacuteas especiacuteficas

Minerales conteniendo Litio

54

Ocurrencia Li en la corteza terrestre 0006 (entre los 27 mas abundantes) Se conocen mas de 150 minerales portadores de Li

Yacimientos Minerales de Pegmatitas Presente en magmas de baja viscosidad Pegmatitas de estructura zonada Se encuentra junto a Casiterita Berilo Apatita Columbita Granate Turmalina Feldespato Cuarzo Micas y otros

Salmueras Naturales Lagos salinos y salares Yacimientos de evaporacioacuten (minerales evaporiacuteticos) Alta solubilidad del Cloruro de Li Zonas aacuteridas

Imagen Nombre Foacutermula de Li2O

Espodumeno Li2O Al2O34SiO2

(PF 37620)804

(37 Li)

Lepidolita Li2AlSi4O10(FOH)(PF 37334)

3 ndash 6(37 Li)

Zinnwaldita KLiFeAl2Si3O10(OHF)(PF 42011)

2 ndash 4(17 Li)

Ambligonita Li Al(FOH)PO4

(PF 14587)101

(48 Li)

Tipos de Minerales

- Explotacioacuten extraccioacuten de aguas subterraacuteneas salinas- Procesamiento - Bombeo de salmueras (conteniendo 300 - 1500 ppm Li+) - Evaporacioacuten y Concentracioacuten de Litio (aprox factor gt10) - Purificacioacuten de salmueras Agregado de Ca(OH)2

separacioacuten de Mg(OH)2 boacuterax sulfatos

- Adicioacuten de Na2CO3 obtencioacuten de Li2CO3

Recuperacioacuten de aprox 90 de Li de la salmuera inicialSubproductos KCl CaSO4 2H2O(yeso) Mg(OH)2 Boacuterax

Obtencioacuten de Litio desde los Salares

Li2CO3

Reservas de Litio a nivel global

Reservas desde salares

Ameacuterica del sur guarda el 75 de las reservas de Litio mundiales

iquestFuturo de las bateriacuteas de Ion-LibullBateriacuteas de litio-aire

iquestFuturo de las bateriacuteas de Ion-LibullBateriacuteas de litio-aire

Algunas conclusiones El almacenamiento de energiacutea hoy juega un rol determinante para reemplazar el petroacuteleo con energiacuteas alternativas

El desarrollo del aacutenodo de grafito significoacute un profundo salto en el desarrollo de las bateriacuteas de litio

Por su versatilidad la bateriacutea de ioacuten-litio puede satisfacer necesidades de requerimientos muy variados

Hoy es posible desarrollar e investigar bateriacuteas de ion-Li en la Argentina

Particularmente en nuestra universidad se estaacute investigando en el disentildeo estudio y preparacioacuten de materiales alternativos para electrodos de estas bateriacuteas

Litio

66

Siacutembolo quiacutemico LiNuacutemero Atoacutemico (Z) 3Elemento perteneciente al Grupo I Metales Alcalinos (1s2 2s1)Peso Atoacutemico 6941 umaEs el elemento metaacutelico maacutes liviano que existe a temperatura ambiente Soacutelido a temperatura ambienteIsoacutetopos 6 Li Abundancia 742 No Radioactivo

7 Li Abundancia 9258 No Radioactivo 5 Li 8 Li 9Li Isoacutetopos artificiales

Estado de Oxidacioacuten 1+ (catioacuten Li+)Radio atoacutemico 0152 nm (metal)Radio ioacutenico (Li+) 0060 nm

Caracteriacuteticas

67

Metal blanco lustre plateado y dureza de 06 (maacutes blando que el plomo) Densidad alrededor de la mitad del aguaEs altamente reactivo y se asemeja al sodio en su comportamiento quiacutemico El Cloruro de Litio es muy soluble en agua Los Carbonatos Fluoruros y Fosfatos de litio son muy poco solubles en agua Reacciona muy raacutepidamente con el aire (O2 y N2) y con agua

Debe ser almacenado sumergido en un liacutequido orgaacutenico (hidrocarburo) como nafta kerosene etc El metal arde fuertemente en aire con llama blanca brillante Las soluciones acuosas de Li+ imparten un color rojo carmesiacute a la llama

Litio y derivadosArbol de Litio

Ton Li 2CO

3

Uso proyectado en celulares

Yacimientos de minerales en Argentina

Pegmatitas Sierras Pampeanas San Luis CoacuterdobaSan Juan La Rioja Catamarca Salta Jujuy

Tipos de Minerales Silicatos Espodumeno LiAlSi2O6 (75 a 8 LiO2)

Petalita LiAlSi4O10

Micas Lepidolita K[LiAl]3[AlSi]4O10[FOH]2

Zinwaldita K[LiAlFe]3[AlSi]4O10[FOH]2

Fosfatos Litiofilita (MnLi)PO4

Ambligonita (LiNa)Al(FOH)PO4

Yacimientos en Argentina

Salares y Salmueras NaturalesZona de la Puna Salta Jujuy y Catamarca

Jujuy

Salta

Catamarca

Ambiente de los salares

iquestImpacto en el ambiente

La Negra ChilePlanta

en Salta

- La existencia de costras soacutelidas de sal es soacutelo una caracteriacutestica superficial que estaacute presente en algunos salares pero no es representativa de la complejidad del sistema

- Un salar tiene asociado un cuerpo subterraacuteneo de salmuera que lo alimenta y tiene diferentes lsquofaciesrsquo de sales en profundidad como cloruro de sodio (halita) cloruros y sulfatos de potasio y magnesio y otros sulfatos y carbonatos

Geologiacutea de un Salar

Produccioacuten Global de litio(en metal equivalente)

- La existencia de costras soacutelidas de sal es soacutelo una caracteriacutestica superficial que estaacute presente en algunos salares pero no es representativa de la complejidad del sistema

- Un salar tiene asociado un cuerpo subterraacuteneo de salmuera que lo alimenta y tiene diferentes lsquofaciesrsquo de sales en profundidad como cloruro de sodio (halita) cloruros y sulfatos de potasio y magnesio y otros sulfatos y carbonatos

Geologiacutea de un Salar

Aspectos de relevanciaConsumo y contaminacioacuten de agua impactos en el paisaje introduccioacuten de caminos de exploracioacuten en ecosistemas sensibles instalacioacuten de infraestructura impacto en la flora y fauna de la actividad industrial donde antes no la habiacutea generacioacuten de residuos soacutelidos y quiacutemicos

La salmuera es bombeada mediante perforaciones y luego se la expone al sol para

evaporar el liacutequido y concentrar los componentes de intereacutes La concentracioacuten de litio en las salmueras es baja y variacutea dentro de

cada salar y entre los distintos salares fluctuando entre unas pocas decenas de partes por milloacuten y poco maacutes de mil de acuerdo con

estos valores puede estimarse que por cada tonelada de litio extraiacuteda se evaporan alrededor

de dos millones de litros de agua clara evidencia de que la mineriacutea del litio en salares es

una mineriacutea del agua

iquestA quieacuten impacta

ldquoNo puede ni debe realizarse ninguacuten tipo de actividad minera sin el consentimiento libre previo e informado de las comunidades involucradasrdquo

Y nosotros que podemos hacerDesarrollo de nuevos materialesPreparacioacuten de materiales

CaracterizacioacutenEstudios Teoacutericos

Y nosotros que podemos hacerDesarrollo de nuevos materialesPreparacioacuten de materiales

CaracterizacioacutenEstudios Teoacutericos

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Energiacuteas especiacuteficas

Minerales conteniendo Litio

54

Ocurrencia Li en la corteza terrestre 0006 (entre los 27 mas abundantes) Se conocen mas de 150 minerales portadores de Li

Yacimientos Minerales de Pegmatitas Presente en magmas de baja viscosidad Pegmatitas de estructura zonada Se encuentra junto a Casiterita Berilo Apatita Columbita Granate Turmalina Feldespato Cuarzo Micas y otros

Salmueras Naturales Lagos salinos y salares Yacimientos de evaporacioacuten (minerales evaporiacuteticos) Alta solubilidad del Cloruro de Li Zonas aacuteridas

Imagen Nombre Foacutermula de Li2O

Espodumeno Li2O Al2O34SiO2

(PF 37620)804

(37 Li)

Lepidolita Li2AlSi4O10(FOH)(PF 37334)

3 ndash 6(37 Li)

Zinnwaldita KLiFeAl2Si3O10(OHF)(PF 42011)

2 ndash 4(17 Li)

Ambligonita Li Al(FOH)PO4

(PF 14587)101

(48 Li)

Tipos de Minerales

- Explotacioacuten extraccioacuten de aguas subterraacuteneas salinas- Procesamiento - Bombeo de salmueras (conteniendo 300 - 1500 ppm Li+) - Evaporacioacuten y Concentracioacuten de Litio (aprox factor gt10) - Purificacioacuten de salmueras Agregado de Ca(OH)2

separacioacuten de Mg(OH)2 boacuterax sulfatos

- Adicioacuten de Na2CO3 obtencioacuten de Li2CO3

Recuperacioacuten de aprox 90 de Li de la salmuera inicialSubproductos KCl CaSO4 2H2O(yeso) Mg(OH)2 Boacuterax

Obtencioacuten de Litio desde los Salares

Li2CO3

Reservas de Litio a nivel global

Reservas desde salares

Ameacuterica del sur guarda el 75 de las reservas de Litio mundiales

iquestFuturo de las bateriacuteas de Ion-LibullBateriacuteas de litio-aire

iquestFuturo de las bateriacuteas de Ion-LibullBateriacuteas de litio-aire

Algunas conclusiones El almacenamiento de energiacutea hoy juega un rol determinante para reemplazar el petroacuteleo con energiacuteas alternativas

El desarrollo del aacutenodo de grafito significoacute un profundo salto en el desarrollo de las bateriacuteas de litio

Por su versatilidad la bateriacutea de ioacuten-litio puede satisfacer necesidades de requerimientos muy variados

Hoy es posible desarrollar e investigar bateriacuteas de ion-Li en la Argentina

Particularmente en nuestra universidad se estaacute investigando en el disentildeo estudio y preparacioacuten de materiales alternativos para electrodos de estas bateriacuteas

Litio

66

Siacutembolo quiacutemico LiNuacutemero Atoacutemico (Z) 3Elemento perteneciente al Grupo I Metales Alcalinos (1s2 2s1)Peso Atoacutemico 6941 umaEs el elemento metaacutelico maacutes liviano que existe a temperatura ambiente Soacutelido a temperatura ambienteIsoacutetopos 6 Li Abundancia 742 No Radioactivo

7 Li Abundancia 9258 No Radioactivo 5 Li 8 Li 9Li Isoacutetopos artificiales

Estado de Oxidacioacuten 1+ (catioacuten Li+)Radio atoacutemico 0152 nm (metal)Radio ioacutenico (Li+) 0060 nm

Caracteriacuteticas

67

Metal blanco lustre plateado y dureza de 06 (maacutes blando que el plomo) Densidad alrededor de la mitad del aguaEs altamente reactivo y se asemeja al sodio en su comportamiento quiacutemico El Cloruro de Litio es muy soluble en agua Los Carbonatos Fluoruros y Fosfatos de litio son muy poco solubles en agua Reacciona muy raacutepidamente con el aire (O2 y N2) y con agua

Debe ser almacenado sumergido en un liacutequido orgaacutenico (hidrocarburo) como nafta kerosene etc El metal arde fuertemente en aire con llama blanca brillante Las soluciones acuosas de Li+ imparten un color rojo carmesiacute a la llama

Litio y derivadosArbol de Litio

Ton Li 2CO

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Uso proyectado en celulares

Yacimientos de minerales en Argentina

Pegmatitas Sierras Pampeanas San Luis CoacuterdobaSan Juan La Rioja Catamarca Salta Jujuy

Tipos de Minerales Silicatos Espodumeno LiAlSi2O6 (75 a 8 LiO2)

Petalita LiAlSi4O10

Micas Lepidolita K[LiAl]3[AlSi]4O10[FOH]2

Zinwaldita K[LiAlFe]3[AlSi]4O10[FOH]2

Fosfatos Litiofilita (MnLi)PO4

Ambligonita (LiNa)Al(FOH)PO4

Yacimientos en Argentina

Salares y Salmueras NaturalesZona de la Puna Salta Jujuy y Catamarca

Jujuy

Salta

Catamarca

Ambiente de los salares

iquestImpacto en el ambiente

La Negra ChilePlanta

en Salta

- La existencia de costras soacutelidas de sal es soacutelo una caracteriacutestica superficial que estaacute presente en algunos salares pero no es representativa de la complejidad del sistema

- Un salar tiene asociado un cuerpo subterraacuteneo de salmuera que lo alimenta y tiene diferentes lsquofaciesrsquo de sales en profundidad como cloruro de sodio (halita) cloruros y sulfatos de potasio y magnesio y otros sulfatos y carbonatos

Geologiacutea de un Salar

Produccioacuten Global de litio(en metal equivalente)

- La existencia de costras soacutelidas de sal es soacutelo una caracteriacutestica superficial que estaacute presente en algunos salares pero no es representativa de la complejidad del sistema

- Un salar tiene asociado un cuerpo subterraacuteneo de salmuera que lo alimenta y tiene diferentes lsquofaciesrsquo de sales en profundidad como cloruro de sodio (halita) cloruros y sulfatos de potasio y magnesio y otros sulfatos y carbonatos

Geologiacutea de un Salar

Aspectos de relevanciaConsumo y contaminacioacuten de agua impactos en el paisaje introduccioacuten de caminos de exploracioacuten en ecosistemas sensibles instalacioacuten de infraestructura impacto en la flora y fauna de la actividad industrial donde antes no la habiacutea generacioacuten de residuos soacutelidos y quiacutemicos

La salmuera es bombeada mediante perforaciones y luego se la expone al sol para

evaporar el liacutequido y concentrar los componentes de intereacutes La concentracioacuten de litio en las salmueras es baja y variacutea dentro de

cada salar y entre los distintos salares fluctuando entre unas pocas decenas de partes por milloacuten y poco maacutes de mil de acuerdo con

estos valores puede estimarse que por cada tonelada de litio extraiacuteda se evaporan alrededor

de dos millones de litros de agua clara evidencia de que la mineriacutea del litio en salares es

una mineriacutea del agua

iquestA quieacuten impacta

ldquoNo puede ni debe realizarse ninguacuten tipo de actividad minera sin el consentimiento libre previo e informado de las comunidades involucradasrdquo

Y nosotros que podemos hacerDesarrollo de nuevos materialesPreparacioacuten de materiales

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Minerales conteniendo Litio

54

Ocurrencia Li en la corteza terrestre 0006 (entre los 27 mas abundantes) Se conocen mas de 150 minerales portadores de Li

Yacimientos Minerales de Pegmatitas Presente en magmas de baja viscosidad Pegmatitas de estructura zonada Se encuentra junto a Casiterita Berilo Apatita Columbita Granate Turmalina Feldespato Cuarzo Micas y otros

Salmueras Naturales Lagos salinos y salares Yacimientos de evaporacioacuten (minerales evaporiacuteticos) Alta solubilidad del Cloruro de Li Zonas aacuteridas

Imagen Nombre Foacutermula de Li2O

Espodumeno Li2O Al2O34SiO2

(PF 37620)804

(37 Li)

Lepidolita Li2AlSi4O10(FOH)(PF 37334)

3 ndash 6(37 Li)

Zinnwaldita KLiFeAl2Si3O10(OHF)(PF 42011)

2 ndash 4(17 Li)

Ambligonita Li Al(FOH)PO4

(PF 14587)101

(48 Li)

Tipos de Minerales

- Explotacioacuten extraccioacuten de aguas subterraacuteneas salinas- Procesamiento - Bombeo de salmueras (conteniendo 300 - 1500 ppm Li+) - Evaporacioacuten y Concentracioacuten de Litio (aprox factor gt10) - Purificacioacuten de salmueras Agregado de Ca(OH)2

separacioacuten de Mg(OH)2 boacuterax sulfatos

- Adicioacuten de Na2CO3 obtencioacuten de Li2CO3

Recuperacioacuten de aprox 90 de Li de la salmuera inicialSubproductos KCl CaSO4 2H2O(yeso) Mg(OH)2 Boacuterax

Obtencioacuten de Litio desde los Salares

Li2CO3

Reservas de Litio a nivel global

Reservas desde salares

Ameacuterica del sur guarda el 75 de las reservas de Litio mundiales

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Algunas conclusiones El almacenamiento de energiacutea hoy juega un rol determinante para reemplazar el petroacuteleo con energiacuteas alternativas

El desarrollo del aacutenodo de grafito significoacute un profundo salto en el desarrollo de las bateriacuteas de litio

Por su versatilidad la bateriacutea de ioacuten-litio puede satisfacer necesidades de requerimientos muy variados

Hoy es posible desarrollar e investigar bateriacuteas de ion-Li en la Argentina

Particularmente en nuestra universidad se estaacute investigando en el disentildeo estudio y preparacioacuten de materiales alternativos para electrodos de estas bateriacuteas

Litio

66

Siacutembolo quiacutemico LiNuacutemero Atoacutemico (Z) 3Elemento perteneciente al Grupo I Metales Alcalinos (1s2 2s1)Peso Atoacutemico 6941 umaEs el elemento metaacutelico maacutes liviano que existe a temperatura ambiente Soacutelido a temperatura ambienteIsoacutetopos 6 Li Abundancia 742 No Radioactivo

7 Li Abundancia 9258 No Radioactivo 5 Li 8 Li 9Li Isoacutetopos artificiales

Estado de Oxidacioacuten 1+ (catioacuten Li+)Radio atoacutemico 0152 nm (metal)Radio ioacutenico (Li+) 0060 nm

Caracteriacuteticas

67

Metal blanco lustre plateado y dureza de 06 (maacutes blando que el plomo) Densidad alrededor de la mitad del aguaEs altamente reactivo y se asemeja al sodio en su comportamiento quiacutemico El Cloruro de Litio es muy soluble en agua Los Carbonatos Fluoruros y Fosfatos de litio son muy poco solubles en agua Reacciona muy raacutepidamente con el aire (O2 y N2) y con agua

Debe ser almacenado sumergido en un liacutequido orgaacutenico (hidrocarburo) como nafta kerosene etc El metal arde fuertemente en aire con llama blanca brillante Las soluciones acuosas de Li+ imparten un color rojo carmesiacute a la llama

Litio y derivadosArbol de Litio

Ton Li 2CO

3

Uso proyectado en celulares

Yacimientos de minerales en Argentina

Pegmatitas Sierras Pampeanas San Luis CoacuterdobaSan Juan La Rioja Catamarca Salta Jujuy

Tipos de Minerales Silicatos Espodumeno LiAlSi2O6 (75 a 8 LiO2)

Petalita LiAlSi4O10

Micas Lepidolita K[LiAl]3[AlSi]4O10[FOH]2

Zinwaldita K[LiAlFe]3[AlSi]4O10[FOH]2

Fosfatos Litiofilita (MnLi)PO4

Ambligonita (LiNa)Al(FOH)PO4

Yacimientos en Argentina

Salares y Salmueras NaturalesZona de la Puna Salta Jujuy y Catamarca

Jujuy

Salta

Catamarca

Ambiente de los salares

iquestImpacto en el ambiente

La Negra ChilePlanta

en Salta

- La existencia de costras soacutelidas de sal es soacutelo una caracteriacutestica superficial que estaacute presente en algunos salares pero no es representativa de la complejidad del sistema

- Un salar tiene asociado un cuerpo subterraacuteneo de salmuera que lo alimenta y tiene diferentes lsquofaciesrsquo de sales en profundidad como cloruro de sodio (halita) cloruros y sulfatos de potasio y magnesio y otros sulfatos y carbonatos

Geologiacutea de un Salar

Produccioacuten Global de litio(en metal equivalente)

- La existencia de costras soacutelidas de sal es soacutelo una caracteriacutestica superficial que estaacute presente en algunos salares pero no es representativa de la complejidad del sistema

- Un salar tiene asociado un cuerpo subterraacuteneo de salmuera que lo alimenta y tiene diferentes lsquofaciesrsquo de sales en profundidad como cloruro de sodio (halita) cloruros y sulfatos de potasio y magnesio y otros sulfatos y carbonatos

Geologiacutea de un Salar

Aspectos de relevanciaConsumo y contaminacioacuten de agua impactos en el paisaje introduccioacuten de caminos de exploracioacuten en ecosistemas sensibles instalacioacuten de infraestructura impacto en la flora y fauna de la actividad industrial donde antes no la habiacutea generacioacuten de residuos soacutelidos y quiacutemicos

La salmuera es bombeada mediante perforaciones y luego se la expone al sol para

evaporar el liacutequido y concentrar los componentes de intereacutes La concentracioacuten de litio en las salmueras es baja y variacutea dentro de

cada salar y entre los distintos salares fluctuando entre unas pocas decenas de partes por milloacuten y poco maacutes de mil de acuerdo con

estos valores puede estimarse que por cada tonelada de litio extraiacuteda se evaporan alrededor

de dos millones de litros de agua clara evidencia de que la mineriacutea del litio en salares es

una mineriacutea del agua

iquestA quieacuten impacta

ldquoNo puede ni debe realizarse ninguacuten tipo de actividad minera sin el consentimiento libre previo e informado de las comunidades involucradasrdquo

Y nosotros que podemos hacerDesarrollo de nuevos materialesPreparacioacuten de materiales

CaracterizacioacutenEstudios Teoacutericos

Y nosotros que podemos hacerDesarrollo de nuevos materialesPreparacioacuten de materiales

CaracterizacioacutenEstudios Teoacutericos

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Imagen Nombre Foacutermula de Li2O

Espodumeno Li2O Al2O34SiO2

(PF 37620)804

(37 Li)

Lepidolita Li2AlSi4O10(FOH)(PF 37334)

3 ndash 6(37 Li)

Zinnwaldita KLiFeAl2Si3O10(OHF)(PF 42011)

2 ndash 4(17 Li)

Ambligonita Li Al(FOH)PO4

(PF 14587)101

(48 Li)

Tipos de Minerales

- Explotacioacuten extraccioacuten de aguas subterraacuteneas salinas- Procesamiento - Bombeo de salmueras (conteniendo 300 - 1500 ppm Li+) - Evaporacioacuten y Concentracioacuten de Litio (aprox factor gt10) - Purificacioacuten de salmueras Agregado de Ca(OH)2

separacioacuten de Mg(OH)2 boacuterax sulfatos

- Adicioacuten de Na2CO3 obtencioacuten de Li2CO3

Recuperacioacuten de aprox 90 de Li de la salmuera inicialSubproductos KCl CaSO4 2H2O(yeso) Mg(OH)2 Boacuterax

Obtencioacuten de Litio desde los Salares

Li2CO3

Reservas de Litio a nivel global

Reservas desde salares

Ameacuterica del sur guarda el 75 de las reservas de Litio mundiales

iquestFuturo de las bateriacuteas de Ion-LibullBateriacuteas de litio-aire

iquestFuturo de las bateriacuteas de Ion-LibullBateriacuteas de litio-aire

Algunas conclusiones El almacenamiento de energiacutea hoy juega un rol determinante para reemplazar el petroacuteleo con energiacuteas alternativas

El desarrollo del aacutenodo de grafito significoacute un profundo salto en el desarrollo de las bateriacuteas de litio

Por su versatilidad la bateriacutea de ioacuten-litio puede satisfacer necesidades de requerimientos muy variados

Hoy es posible desarrollar e investigar bateriacuteas de ion-Li en la Argentina

Particularmente en nuestra universidad se estaacute investigando en el disentildeo estudio y preparacioacuten de materiales alternativos para electrodos de estas bateriacuteas

Litio

66

Siacutembolo quiacutemico LiNuacutemero Atoacutemico (Z) 3Elemento perteneciente al Grupo I Metales Alcalinos (1s2 2s1)Peso Atoacutemico 6941 umaEs el elemento metaacutelico maacutes liviano que existe a temperatura ambiente Soacutelido a temperatura ambienteIsoacutetopos 6 Li Abundancia 742 No Radioactivo

7 Li Abundancia 9258 No Radioactivo 5 Li 8 Li 9Li Isoacutetopos artificiales

Estado de Oxidacioacuten 1+ (catioacuten Li+)Radio atoacutemico 0152 nm (metal)Radio ioacutenico (Li+) 0060 nm

Caracteriacuteticas

67

Metal blanco lustre plateado y dureza de 06 (maacutes blando que el plomo) Densidad alrededor de la mitad del aguaEs altamente reactivo y se asemeja al sodio en su comportamiento quiacutemico El Cloruro de Litio es muy soluble en agua Los Carbonatos Fluoruros y Fosfatos de litio son muy poco solubles en agua Reacciona muy raacutepidamente con el aire (O2 y N2) y con agua

Debe ser almacenado sumergido en un liacutequido orgaacutenico (hidrocarburo) como nafta kerosene etc El metal arde fuertemente en aire con llama blanca brillante Las soluciones acuosas de Li+ imparten un color rojo carmesiacute a la llama

Litio y derivadosArbol de Litio

Ton Li 2CO

3

Uso proyectado en celulares

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Pegmatitas Sierras Pampeanas San Luis CoacuterdobaSan Juan La Rioja Catamarca Salta Jujuy

Tipos de Minerales Silicatos Espodumeno LiAlSi2O6 (75 a 8 LiO2)

Petalita LiAlSi4O10

Micas Lepidolita K[LiAl]3[AlSi]4O10[FOH]2

Zinwaldita K[LiAlFe]3[AlSi]4O10[FOH]2

Fosfatos Litiofilita (MnLi)PO4

Ambligonita (LiNa)Al(FOH)PO4

Yacimientos en Argentina

Salares y Salmueras NaturalesZona de la Puna Salta Jujuy y Catamarca

Jujuy

Salta

Catamarca

Ambiente de los salares

iquestImpacto en el ambiente

La Negra ChilePlanta

en Salta

- La existencia de costras soacutelidas de sal es soacutelo una caracteriacutestica superficial que estaacute presente en algunos salares pero no es representativa de la complejidad del sistema

- Un salar tiene asociado un cuerpo subterraacuteneo de salmuera que lo alimenta y tiene diferentes lsquofaciesrsquo de sales en profundidad como cloruro de sodio (halita) cloruros y sulfatos de potasio y magnesio y otros sulfatos y carbonatos

Geologiacutea de un Salar

Produccioacuten Global de litio(en metal equivalente)

- La existencia de costras soacutelidas de sal es soacutelo una caracteriacutestica superficial que estaacute presente en algunos salares pero no es representativa de la complejidad del sistema

- Un salar tiene asociado un cuerpo subterraacuteneo de salmuera que lo alimenta y tiene diferentes lsquofaciesrsquo de sales en profundidad como cloruro de sodio (halita) cloruros y sulfatos de potasio y magnesio y otros sulfatos y carbonatos

Geologiacutea de un Salar

Aspectos de relevanciaConsumo y contaminacioacuten de agua impactos en el paisaje introduccioacuten de caminos de exploracioacuten en ecosistemas sensibles instalacioacuten de infraestructura impacto en la flora y fauna de la actividad industrial donde antes no la habiacutea generacioacuten de residuos soacutelidos y quiacutemicos

La salmuera es bombeada mediante perforaciones y luego se la expone al sol para

evaporar el liacutequido y concentrar los componentes de intereacutes La concentracioacuten de litio en las salmueras es baja y variacutea dentro de

cada salar y entre los distintos salares fluctuando entre unas pocas decenas de partes por milloacuten y poco maacutes de mil de acuerdo con

estos valores puede estimarse que por cada tonelada de litio extraiacuteda se evaporan alrededor

de dos millones de litros de agua clara evidencia de que la mineriacutea del litio en salares es

una mineriacutea del agua

iquestA quieacuten impacta

ldquoNo puede ni debe realizarse ninguacuten tipo de actividad minera sin el consentimiento libre previo e informado de las comunidades involucradasrdquo

Y nosotros que podemos hacerDesarrollo de nuevos materialesPreparacioacuten de materiales

CaracterizacioacutenEstudios Teoacutericos

Y nosotros que podemos hacerDesarrollo de nuevos materialesPreparacioacuten de materiales

CaracterizacioacutenEstudios Teoacutericos

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- Explotacioacuten extraccioacuten de aguas subterraacuteneas salinas- Procesamiento - Bombeo de salmueras (conteniendo 300 - 1500 ppm Li+) - Evaporacioacuten y Concentracioacuten de Litio (aprox factor gt10) - Purificacioacuten de salmueras Agregado de Ca(OH)2

separacioacuten de Mg(OH)2 boacuterax sulfatos

- Adicioacuten de Na2CO3 obtencioacuten de Li2CO3

Recuperacioacuten de aprox 90 de Li de la salmuera inicialSubproductos KCl CaSO4 2H2O(yeso) Mg(OH)2 Boacuterax

Obtencioacuten de Litio desde los Salares

Li2CO3

Reservas de Litio a nivel global

Reservas desde salares

Ameacuterica del sur guarda el 75 de las reservas de Litio mundiales

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Algunas conclusiones El almacenamiento de energiacutea hoy juega un rol determinante para reemplazar el petroacuteleo con energiacuteas alternativas

El desarrollo del aacutenodo de grafito significoacute un profundo salto en el desarrollo de las bateriacuteas de litio

Por su versatilidad la bateriacutea de ioacuten-litio puede satisfacer necesidades de requerimientos muy variados

Hoy es posible desarrollar e investigar bateriacuteas de ion-Li en la Argentina

Particularmente en nuestra universidad se estaacute investigando en el disentildeo estudio y preparacioacuten de materiales alternativos para electrodos de estas bateriacuteas

Litio

66

Siacutembolo quiacutemico LiNuacutemero Atoacutemico (Z) 3Elemento perteneciente al Grupo I Metales Alcalinos (1s2 2s1)Peso Atoacutemico 6941 umaEs el elemento metaacutelico maacutes liviano que existe a temperatura ambiente Soacutelido a temperatura ambienteIsoacutetopos 6 Li Abundancia 742 No Radioactivo

7 Li Abundancia 9258 No Radioactivo 5 Li 8 Li 9Li Isoacutetopos artificiales

Estado de Oxidacioacuten 1+ (catioacuten Li+)Radio atoacutemico 0152 nm (metal)Radio ioacutenico (Li+) 0060 nm

Caracteriacuteticas

67

Metal blanco lustre plateado y dureza de 06 (maacutes blando que el plomo) Densidad alrededor de la mitad del aguaEs altamente reactivo y se asemeja al sodio en su comportamiento quiacutemico El Cloruro de Litio es muy soluble en agua Los Carbonatos Fluoruros y Fosfatos de litio son muy poco solubles en agua Reacciona muy raacutepidamente con el aire (O2 y N2) y con agua

Debe ser almacenado sumergido en un liacutequido orgaacutenico (hidrocarburo) como nafta kerosene etc El metal arde fuertemente en aire con llama blanca brillante Las soluciones acuosas de Li+ imparten un color rojo carmesiacute a la llama

Litio y derivadosArbol de Litio

Ton Li 2CO

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Uso proyectado en celulares

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Tipos de Minerales Silicatos Espodumeno LiAlSi2O6 (75 a 8 LiO2)

Petalita LiAlSi4O10

Micas Lepidolita K[LiAl]3[AlSi]4O10[FOH]2

Zinwaldita K[LiAlFe]3[AlSi]4O10[FOH]2

Fosfatos Litiofilita (MnLi)PO4

Ambligonita (LiNa)Al(FOH)PO4

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Salares y Salmueras NaturalesZona de la Puna Salta Jujuy y Catamarca

Jujuy

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Catamarca

Ambiente de los salares

iquestImpacto en el ambiente

La Negra ChilePlanta

en Salta

- La existencia de costras soacutelidas de sal es soacutelo una caracteriacutestica superficial que estaacute presente en algunos salares pero no es representativa de la complejidad del sistema

- Un salar tiene asociado un cuerpo subterraacuteneo de salmuera que lo alimenta y tiene diferentes lsquofaciesrsquo de sales en profundidad como cloruro de sodio (halita) cloruros y sulfatos de potasio y magnesio y otros sulfatos y carbonatos

Geologiacutea de un Salar

Produccioacuten Global de litio(en metal equivalente)

- La existencia de costras soacutelidas de sal es soacutelo una caracteriacutestica superficial que estaacute presente en algunos salares pero no es representativa de la complejidad del sistema

- Un salar tiene asociado un cuerpo subterraacuteneo de salmuera que lo alimenta y tiene diferentes lsquofaciesrsquo de sales en profundidad como cloruro de sodio (halita) cloruros y sulfatos de potasio y magnesio y otros sulfatos y carbonatos

Geologiacutea de un Salar

Aspectos de relevanciaConsumo y contaminacioacuten de agua impactos en el paisaje introduccioacuten de caminos de exploracioacuten en ecosistemas sensibles instalacioacuten de infraestructura impacto en la flora y fauna de la actividad industrial donde antes no la habiacutea generacioacuten de residuos soacutelidos y quiacutemicos

La salmuera es bombeada mediante perforaciones y luego se la expone al sol para

evaporar el liacutequido y concentrar los componentes de intereacutes La concentracioacuten de litio en las salmueras es baja y variacutea dentro de

cada salar y entre los distintos salares fluctuando entre unas pocas decenas de partes por milloacuten y poco maacutes de mil de acuerdo con

estos valores puede estimarse que por cada tonelada de litio extraiacuteda se evaporan alrededor

de dos millones de litros de agua clara evidencia de que la mineriacutea del litio en salares es

una mineriacutea del agua

iquestA quieacuten impacta

ldquoNo puede ni debe realizarse ninguacuten tipo de actividad minera sin el consentimiento libre previo e informado de las comunidades involucradasrdquo

Y nosotros que podemos hacerDesarrollo de nuevos materialesPreparacioacuten de materiales

CaracterizacioacutenEstudios Teoacutericos

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Algunas conclusiones El almacenamiento de energiacutea hoy juega un rol determinante para reemplazar el petroacuteleo con energiacuteas alternativas

El desarrollo del aacutenodo de grafito significoacute un profundo salto en el desarrollo de las bateriacuteas de litio

Por su versatilidad la bateriacutea de ioacuten-litio puede satisfacer necesidades de requerimientos muy variados

Hoy es posible desarrollar e investigar bateriacuteas de ion-Li en la Argentina

Particularmente en nuestra universidad se estaacute investigando en el disentildeo estudio y preparacioacuten de materiales alternativos para electrodos de estas bateriacuteas

Litio

66

Siacutembolo quiacutemico LiNuacutemero Atoacutemico (Z) 3Elemento perteneciente al Grupo I Metales Alcalinos (1s2 2s1)Peso Atoacutemico 6941 umaEs el elemento metaacutelico maacutes liviano que existe a temperatura ambiente Soacutelido a temperatura ambienteIsoacutetopos 6 Li Abundancia 742 No Radioactivo

7 Li Abundancia 9258 No Radioactivo 5 Li 8 Li 9Li Isoacutetopos artificiales

Estado de Oxidacioacuten 1+ (catioacuten Li+)Radio atoacutemico 0152 nm (metal)Radio ioacutenico (Li+) 0060 nm

Caracteriacuteticas

67

Metal blanco lustre plateado y dureza de 06 (maacutes blando que el plomo) Densidad alrededor de la mitad del aguaEs altamente reactivo y se asemeja al sodio en su comportamiento quiacutemico El Cloruro de Litio es muy soluble en agua Los Carbonatos Fluoruros y Fosfatos de litio son muy poco solubles en agua Reacciona muy raacutepidamente con el aire (O2 y N2) y con agua

Debe ser almacenado sumergido en un liacutequido orgaacutenico (hidrocarburo) como nafta kerosene etc El metal arde fuertemente en aire con llama blanca brillante Las soluciones acuosas de Li+ imparten un color rojo carmesiacute a la llama

Litio y derivadosArbol de Litio

Ton Li 2CO

3

Uso proyectado en celulares

Yacimientos de minerales en Argentina

Pegmatitas Sierras Pampeanas San Luis CoacuterdobaSan Juan La Rioja Catamarca Salta Jujuy

Tipos de Minerales Silicatos Espodumeno LiAlSi2O6 (75 a 8 LiO2)

Petalita LiAlSi4O10

Micas Lepidolita K[LiAl]3[AlSi]4O10[FOH]2

Zinwaldita K[LiAlFe]3[AlSi]4O10[FOH]2

Fosfatos Litiofilita (MnLi)PO4

Ambligonita (LiNa)Al(FOH)PO4

Yacimientos en Argentina

Salares y Salmueras NaturalesZona de la Puna Salta Jujuy y Catamarca

Jujuy

Salta

Catamarca

Ambiente de los salares

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La Negra ChilePlanta

en Salta

- La existencia de costras soacutelidas de sal es soacutelo una caracteriacutestica superficial que estaacute presente en algunos salares pero no es representativa de la complejidad del sistema

- Un salar tiene asociado un cuerpo subterraacuteneo de salmuera que lo alimenta y tiene diferentes lsquofaciesrsquo de sales en profundidad como cloruro de sodio (halita) cloruros y sulfatos de potasio y magnesio y otros sulfatos y carbonatos

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Produccioacuten Global de litio(en metal equivalente)

- La existencia de costras soacutelidas de sal es soacutelo una caracteriacutestica superficial que estaacute presente en algunos salares pero no es representativa de la complejidad del sistema

- Un salar tiene asociado un cuerpo subterraacuteneo de salmuera que lo alimenta y tiene diferentes lsquofaciesrsquo de sales en profundidad como cloruro de sodio (halita) cloruros y sulfatos de potasio y magnesio y otros sulfatos y carbonatos

Geologiacutea de un Salar

Aspectos de relevanciaConsumo y contaminacioacuten de agua impactos en el paisaje introduccioacuten de caminos de exploracioacuten en ecosistemas sensibles instalacioacuten de infraestructura impacto en la flora y fauna de la actividad industrial donde antes no la habiacutea generacioacuten de residuos soacutelidos y quiacutemicos

La salmuera es bombeada mediante perforaciones y luego se la expone al sol para

evaporar el liacutequido y concentrar los componentes de intereacutes La concentracioacuten de litio en las salmueras es baja y variacutea dentro de

cada salar y entre los distintos salares fluctuando entre unas pocas decenas de partes por milloacuten y poco maacutes de mil de acuerdo con

estos valores puede estimarse que por cada tonelada de litio extraiacuteda se evaporan alrededor

de dos millones de litros de agua clara evidencia de que la mineriacutea del litio en salares es

una mineriacutea del agua

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ldquoNo puede ni debe realizarse ninguacuten tipo de actividad minera sin el consentimiento libre previo e informado de las comunidades involucradasrdquo

Y nosotros que podemos hacerDesarrollo de nuevos materialesPreparacioacuten de materiales

CaracterizacioacutenEstudios Teoacutericos

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iquestFuturo de las bateriacuteas de Ion-LibullBateriacuteas de litio-aire

iquestFuturo de las bateriacuteas de Ion-LibullBateriacuteas de litio-aire

Algunas conclusiones El almacenamiento de energiacutea hoy juega un rol determinante para reemplazar el petroacuteleo con energiacuteas alternativas

El desarrollo del aacutenodo de grafito significoacute un profundo salto en el desarrollo de las bateriacuteas de litio

Por su versatilidad la bateriacutea de ioacuten-litio puede satisfacer necesidades de requerimientos muy variados

Hoy es posible desarrollar e investigar bateriacuteas de ion-Li en la Argentina

Particularmente en nuestra universidad se estaacute investigando en el disentildeo estudio y preparacioacuten de materiales alternativos para electrodos de estas bateriacuteas

Litio

66

Siacutembolo quiacutemico LiNuacutemero Atoacutemico (Z) 3Elemento perteneciente al Grupo I Metales Alcalinos (1s2 2s1)Peso Atoacutemico 6941 umaEs el elemento metaacutelico maacutes liviano que existe a temperatura ambiente Soacutelido a temperatura ambienteIsoacutetopos 6 Li Abundancia 742 No Radioactivo

7 Li Abundancia 9258 No Radioactivo 5 Li 8 Li 9Li Isoacutetopos artificiales

Estado de Oxidacioacuten 1+ (catioacuten Li+)Radio atoacutemico 0152 nm (metal)Radio ioacutenico (Li+) 0060 nm

Caracteriacuteticas

67

Metal blanco lustre plateado y dureza de 06 (maacutes blando que el plomo) Densidad alrededor de la mitad del aguaEs altamente reactivo y se asemeja al sodio en su comportamiento quiacutemico El Cloruro de Litio es muy soluble en agua Los Carbonatos Fluoruros y Fosfatos de litio son muy poco solubles en agua Reacciona muy raacutepidamente con el aire (O2 y N2) y con agua

Debe ser almacenado sumergido en un liacutequido orgaacutenico (hidrocarburo) como nafta kerosene etc El metal arde fuertemente en aire con llama blanca brillante Las soluciones acuosas de Li+ imparten un color rojo carmesiacute a la llama

Litio y derivadosArbol de Litio

Ton Li 2CO

3

Uso proyectado en celulares

Yacimientos de minerales en Argentina

Pegmatitas Sierras Pampeanas San Luis CoacuterdobaSan Juan La Rioja Catamarca Salta Jujuy

Tipos de Minerales Silicatos Espodumeno LiAlSi2O6 (75 a 8 LiO2)

Petalita LiAlSi4O10

Micas Lepidolita K[LiAl]3[AlSi]4O10[FOH]2

Zinwaldita K[LiAlFe]3[AlSi]4O10[FOH]2

Fosfatos Litiofilita (MnLi)PO4

Ambligonita (LiNa)Al(FOH)PO4

Yacimientos en Argentina

Salares y Salmueras NaturalesZona de la Puna Salta Jujuy y Catamarca

Jujuy

Salta

Catamarca

Ambiente de los salares

iquestImpacto en el ambiente

La Negra ChilePlanta

en Salta

- La existencia de costras soacutelidas de sal es soacutelo una caracteriacutestica superficial que estaacute presente en algunos salares pero no es representativa de la complejidad del sistema

- Un salar tiene asociado un cuerpo subterraacuteneo de salmuera que lo alimenta y tiene diferentes lsquofaciesrsquo de sales en profundidad como cloruro de sodio (halita) cloruros y sulfatos de potasio y magnesio y otros sulfatos y carbonatos

Geologiacutea de un Salar

Produccioacuten Global de litio(en metal equivalente)

- La existencia de costras soacutelidas de sal es soacutelo una caracteriacutestica superficial que estaacute presente en algunos salares pero no es representativa de la complejidad del sistema

- Un salar tiene asociado un cuerpo subterraacuteneo de salmuera que lo alimenta y tiene diferentes lsquofaciesrsquo de sales en profundidad como cloruro de sodio (halita) cloruros y sulfatos de potasio y magnesio y otros sulfatos y carbonatos

Geologiacutea de un Salar

Aspectos de relevanciaConsumo y contaminacioacuten de agua impactos en el paisaje introduccioacuten de caminos de exploracioacuten en ecosistemas sensibles instalacioacuten de infraestructura impacto en la flora y fauna de la actividad industrial donde antes no la habiacutea generacioacuten de residuos soacutelidos y quiacutemicos

La salmuera es bombeada mediante perforaciones y luego se la expone al sol para

evaporar el liacutequido y concentrar los componentes de intereacutes La concentracioacuten de litio en las salmueras es baja y variacutea dentro de

cada salar y entre los distintos salares fluctuando entre unas pocas decenas de partes por milloacuten y poco maacutes de mil de acuerdo con

estos valores puede estimarse que por cada tonelada de litio extraiacuteda se evaporan alrededor

de dos millones de litros de agua clara evidencia de que la mineriacutea del litio en salares es

una mineriacutea del agua

iquestA quieacuten impacta

ldquoNo puede ni debe realizarse ninguacuten tipo de actividad minera sin el consentimiento libre previo e informado de las comunidades involucradasrdquo

Y nosotros que podemos hacerDesarrollo de nuevos materialesPreparacioacuten de materiales

CaracterizacioacutenEstudios Teoacutericos

Y nosotros que podemos hacerDesarrollo de nuevos materialesPreparacioacuten de materiales

CaracterizacioacutenEstudios Teoacutericos

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Algunas conclusiones El almacenamiento de energiacutea hoy juega un rol determinante para reemplazar el petroacuteleo con energiacuteas alternativas

El desarrollo del aacutenodo de grafito significoacute un profundo salto en el desarrollo de las bateriacuteas de litio

Por su versatilidad la bateriacutea de ioacuten-litio puede satisfacer necesidades de requerimientos muy variados

Hoy es posible desarrollar e investigar bateriacuteas de ion-Li en la Argentina

Particularmente en nuestra universidad se estaacute investigando en el disentildeo estudio y preparacioacuten de materiales alternativos para electrodos de estas bateriacuteas

Litio

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Siacutembolo quiacutemico LiNuacutemero Atoacutemico (Z) 3Elemento perteneciente al Grupo I Metales Alcalinos (1s2 2s1)Peso Atoacutemico 6941 umaEs el elemento metaacutelico maacutes liviano que existe a temperatura ambiente Soacutelido a temperatura ambienteIsoacutetopos 6 Li Abundancia 742 No Radioactivo

7 Li Abundancia 9258 No Radioactivo 5 Li 8 Li 9Li Isoacutetopos artificiales

Estado de Oxidacioacuten 1+ (catioacuten Li+)Radio atoacutemico 0152 nm (metal)Radio ioacutenico (Li+) 0060 nm

Caracteriacuteticas

67

Metal blanco lustre plateado y dureza de 06 (maacutes blando que el plomo) Densidad alrededor de la mitad del aguaEs altamente reactivo y se asemeja al sodio en su comportamiento quiacutemico El Cloruro de Litio es muy soluble en agua Los Carbonatos Fluoruros y Fosfatos de litio son muy poco solubles en agua Reacciona muy raacutepidamente con el aire (O2 y N2) y con agua

Debe ser almacenado sumergido en un liacutequido orgaacutenico (hidrocarburo) como nafta kerosene etc El metal arde fuertemente en aire con llama blanca brillante Las soluciones acuosas de Li+ imparten un color rojo carmesiacute a la llama

Litio y derivadosArbol de Litio

Ton Li 2CO

3

Uso proyectado en celulares

Yacimientos de minerales en Argentina

Pegmatitas Sierras Pampeanas San Luis CoacuterdobaSan Juan La Rioja Catamarca Salta Jujuy

Tipos de Minerales Silicatos Espodumeno LiAlSi2O6 (75 a 8 LiO2)

Petalita LiAlSi4O10

Micas Lepidolita K[LiAl]3[AlSi]4O10[FOH]2

Zinwaldita K[LiAlFe]3[AlSi]4O10[FOH]2

Fosfatos Litiofilita (MnLi)PO4

Ambligonita (LiNa)Al(FOH)PO4

Yacimientos en Argentina

Salares y Salmueras NaturalesZona de la Puna Salta Jujuy y Catamarca

Jujuy

Salta

Catamarca

Ambiente de los salares

iquestImpacto en el ambiente

La Negra ChilePlanta

en Salta

- La existencia de costras soacutelidas de sal es soacutelo una caracteriacutestica superficial que estaacute presente en algunos salares pero no es representativa de la complejidad del sistema

- Un salar tiene asociado un cuerpo subterraacuteneo de salmuera que lo alimenta y tiene diferentes lsquofaciesrsquo de sales en profundidad como cloruro de sodio (halita) cloruros y sulfatos de potasio y magnesio y otros sulfatos y carbonatos

Geologiacutea de un Salar

Produccioacuten Global de litio(en metal equivalente)

- La existencia de costras soacutelidas de sal es soacutelo una caracteriacutestica superficial que estaacute presente en algunos salares pero no es representativa de la complejidad del sistema

- Un salar tiene asociado un cuerpo subterraacuteneo de salmuera que lo alimenta y tiene diferentes lsquofaciesrsquo de sales en profundidad como cloruro de sodio (halita) cloruros y sulfatos de potasio y magnesio y otros sulfatos y carbonatos

Geologiacutea de un Salar

Aspectos de relevanciaConsumo y contaminacioacuten de agua impactos en el paisaje introduccioacuten de caminos de exploracioacuten en ecosistemas sensibles instalacioacuten de infraestructura impacto en la flora y fauna de la actividad industrial donde antes no la habiacutea generacioacuten de residuos soacutelidos y quiacutemicos

La salmuera es bombeada mediante perforaciones y luego se la expone al sol para

evaporar el liacutequido y concentrar los componentes de intereacutes La concentracioacuten de litio en las salmueras es baja y variacutea dentro de

cada salar y entre los distintos salares fluctuando entre unas pocas decenas de partes por milloacuten y poco maacutes de mil de acuerdo con

estos valores puede estimarse que por cada tonelada de litio extraiacuteda se evaporan alrededor

de dos millones de litros de agua clara evidencia de que la mineriacutea del litio en salares es

una mineriacutea del agua

iquestA quieacuten impacta

ldquoNo puede ni debe realizarse ninguacuten tipo de actividad minera sin el consentimiento libre previo e informado de las comunidades involucradasrdquo

Y nosotros que podemos hacerDesarrollo de nuevos materialesPreparacioacuten de materiales

CaracterizacioacutenEstudios Teoacutericos

Y nosotros que podemos hacerDesarrollo de nuevos materialesPreparacioacuten de materiales

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Algunas conclusiones El almacenamiento de energiacutea hoy juega un rol determinante para reemplazar el petroacuteleo con energiacuteas alternativas

El desarrollo del aacutenodo de grafito significoacute un profundo salto en el desarrollo de las bateriacuteas de litio

Por su versatilidad la bateriacutea de ioacuten-litio puede satisfacer necesidades de requerimientos muy variados

Hoy es posible desarrollar e investigar bateriacuteas de ion-Li en la Argentina

Particularmente en nuestra universidad se estaacute investigando en el disentildeo estudio y preparacioacuten de materiales alternativos para electrodos de estas bateriacuteas

Litio

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Siacutembolo quiacutemico LiNuacutemero Atoacutemico (Z) 3Elemento perteneciente al Grupo I Metales Alcalinos (1s2 2s1)Peso Atoacutemico 6941 umaEs el elemento metaacutelico maacutes liviano que existe a temperatura ambiente Soacutelido a temperatura ambienteIsoacutetopos 6 Li Abundancia 742 No Radioactivo

7 Li Abundancia 9258 No Radioactivo 5 Li 8 Li 9Li Isoacutetopos artificiales

Estado de Oxidacioacuten 1+ (catioacuten Li+)Radio atoacutemico 0152 nm (metal)Radio ioacutenico (Li+) 0060 nm

Caracteriacuteticas

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Metal blanco lustre plateado y dureza de 06 (maacutes blando que el plomo) Densidad alrededor de la mitad del aguaEs altamente reactivo y se asemeja al sodio en su comportamiento quiacutemico El Cloruro de Litio es muy soluble en agua Los Carbonatos Fluoruros y Fosfatos de litio son muy poco solubles en agua Reacciona muy raacutepidamente con el aire (O2 y N2) y con agua

Debe ser almacenado sumergido en un liacutequido orgaacutenico (hidrocarburo) como nafta kerosene etc El metal arde fuertemente en aire con llama blanca brillante Las soluciones acuosas de Li+ imparten un color rojo carmesiacute a la llama

Litio y derivadosArbol de Litio

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Tipos de Minerales Silicatos Espodumeno LiAlSi2O6 (75 a 8 LiO2)

Petalita LiAlSi4O10

Micas Lepidolita K[LiAl]3[AlSi]4O10[FOH]2

Zinwaldita K[LiAlFe]3[AlSi]4O10[FOH]2

Fosfatos Litiofilita (MnLi)PO4

Ambligonita (LiNa)Al(FOH)PO4

Yacimientos en Argentina

Salares y Salmueras NaturalesZona de la Puna Salta Jujuy y Catamarca

Jujuy

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Ambiente de los salares

iquestImpacto en el ambiente

La Negra ChilePlanta

en Salta

- La existencia de costras soacutelidas de sal es soacutelo una caracteriacutestica superficial que estaacute presente en algunos salares pero no es representativa de la complejidad del sistema

- Un salar tiene asociado un cuerpo subterraacuteneo de salmuera que lo alimenta y tiene diferentes lsquofaciesrsquo de sales en profundidad como cloruro de sodio (halita) cloruros y sulfatos de potasio y magnesio y otros sulfatos y carbonatos

Geologiacutea de un Salar

Produccioacuten Global de litio(en metal equivalente)

- La existencia de costras soacutelidas de sal es soacutelo una caracteriacutestica superficial que estaacute presente en algunos salares pero no es representativa de la complejidad del sistema

- Un salar tiene asociado un cuerpo subterraacuteneo de salmuera que lo alimenta y tiene diferentes lsquofaciesrsquo de sales en profundidad como cloruro de sodio (halita) cloruros y sulfatos de potasio y magnesio y otros sulfatos y carbonatos

Geologiacutea de un Salar

Aspectos de relevanciaConsumo y contaminacioacuten de agua impactos en el paisaje introduccioacuten de caminos de exploracioacuten en ecosistemas sensibles instalacioacuten de infraestructura impacto en la flora y fauna de la actividad industrial donde antes no la habiacutea generacioacuten de residuos soacutelidos y quiacutemicos

La salmuera es bombeada mediante perforaciones y luego se la expone al sol para

evaporar el liacutequido y concentrar los componentes de intereacutes La concentracioacuten de litio en las salmueras es baja y variacutea dentro de

cada salar y entre los distintos salares fluctuando entre unas pocas decenas de partes por milloacuten y poco maacutes de mil de acuerdo con

estos valores puede estimarse que por cada tonelada de litio extraiacuteda se evaporan alrededor

de dos millones de litros de agua clara evidencia de que la mineriacutea del litio en salares es

una mineriacutea del agua

iquestA quieacuten impacta

ldquoNo puede ni debe realizarse ninguacuten tipo de actividad minera sin el consentimiento libre previo e informado de las comunidades involucradasrdquo

Y nosotros que podemos hacerDesarrollo de nuevos materialesPreparacioacuten de materiales

CaracterizacioacutenEstudios Teoacutericos

Y nosotros que podemos hacerDesarrollo de nuevos materialesPreparacioacuten de materiales

CaracterizacioacutenEstudios Teoacutericos

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Litio

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Siacutembolo quiacutemico LiNuacutemero Atoacutemico (Z) 3Elemento perteneciente al Grupo I Metales Alcalinos (1s2 2s1)Peso Atoacutemico 6941 umaEs el elemento metaacutelico maacutes liviano que existe a temperatura ambiente Soacutelido a temperatura ambienteIsoacutetopos 6 Li Abundancia 742 No Radioactivo

7 Li Abundancia 9258 No Radioactivo 5 Li 8 Li 9Li Isoacutetopos artificiales

Estado de Oxidacioacuten 1+ (catioacuten Li+)Radio atoacutemico 0152 nm (metal)Radio ioacutenico (Li+) 0060 nm

Caracteriacuteticas

67

Metal blanco lustre plateado y dureza de 06 (maacutes blando que el plomo) Densidad alrededor de la mitad del aguaEs altamente reactivo y se asemeja al sodio en su comportamiento quiacutemico El Cloruro de Litio es muy soluble en agua Los Carbonatos Fluoruros y Fosfatos de litio son muy poco solubles en agua Reacciona muy raacutepidamente con el aire (O2 y N2) y con agua

Debe ser almacenado sumergido en un liacutequido orgaacutenico (hidrocarburo) como nafta kerosene etc El metal arde fuertemente en aire con llama blanca brillante Las soluciones acuosas de Li+ imparten un color rojo carmesiacute a la llama

Litio y derivadosArbol de Litio

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Uso proyectado en celulares

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Pegmatitas Sierras Pampeanas San Luis CoacuterdobaSan Juan La Rioja Catamarca Salta Jujuy

Tipos de Minerales Silicatos Espodumeno LiAlSi2O6 (75 a 8 LiO2)

Petalita LiAlSi4O10

Micas Lepidolita K[LiAl]3[AlSi]4O10[FOH]2

Zinwaldita K[LiAlFe]3[AlSi]4O10[FOH]2

Fosfatos Litiofilita (MnLi)PO4

Ambligonita (LiNa)Al(FOH)PO4

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Jujuy

Salta

Catamarca

Ambiente de los salares

iquestImpacto en el ambiente

La Negra ChilePlanta

en Salta

- La existencia de costras soacutelidas de sal es soacutelo una caracteriacutestica superficial que estaacute presente en algunos salares pero no es representativa de la complejidad del sistema

- Un salar tiene asociado un cuerpo subterraacuteneo de salmuera que lo alimenta y tiene diferentes lsquofaciesrsquo de sales en profundidad como cloruro de sodio (halita) cloruros y sulfatos de potasio y magnesio y otros sulfatos y carbonatos

Geologiacutea de un Salar

Produccioacuten Global de litio(en metal equivalente)

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Geologiacutea de un Salar

Aspectos de relevanciaConsumo y contaminacioacuten de agua impactos en el paisaje introduccioacuten de caminos de exploracioacuten en ecosistemas sensibles instalacioacuten de infraestructura impacto en la flora y fauna de la actividad industrial donde antes no la habiacutea generacioacuten de residuos soacutelidos y quiacutemicos

La salmuera es bombeada mediante perforaciones y luego se la expone al sol para

evaporar el liacutequido y concentrar los componentes de intereacutes La concentracioacuten de litio en las salmueras es baja y variacutea dentro de

cada salar y entre los distintos salares fluctuando entre unas pocas decenas de partes por milloacuten y poco maacutes de mil de acuerdo con

estos valores puede estimarse que por cada tonelada de litio extraiacuteda se evaporan alrededor

de dos millones de litros de agua clara evidencia de que la mineriacutea del litio en salares es

una mineriacutea del agua

iquestA quieacuten impacta

ldquoNo puede ni debe realizarse ninguacuten tipo de actividad minera sin el consentimiento libre previo e informado de las comunidades involucradasrdquo

Y nosotros que podemos hacerDesarrollo de nuevos materialesPreparacioacuten de materiales

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Y nosotros que podemos hacerDesarrollo de nuevos materialesPreparacioacuten de materiales

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Caracteriacuteticas

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Metal blanco lustre plateado y dureza de 06 (maacutes blando que el plomo) Densidad alrededor de la mitad del aguaEs altamente reactivo y se asemeja al sodio en su comportamiento quiacutemico El Cloruro de Litio es muy soluble en agua Los Carbonatos Fluoruros y Fosfatos de litio son muy poco solubles en agua Reacciona muy raacutepidamente con el aire (O2 y N2) y con agua

Debe ser almacenado sumergido en un liacutequido orgaacutenico (hidrocarburo) como nafta kerosene etc El metal arde fuertemente en aire con llama blanca brillante Las soluciones acuosas de Li+ imparten un color rojo carmesiacute a la llama

Litio y derivadosArbol de Litio

Ton Li 2CO

3

Uso proyectado en celulares

Yacimientos de minerales en Argentina

Pegmatitas Sierras Pampeanas San Luis CoacuterdobaSan Juan La Rioja Catamarca Salta Jujuy

Tipos de Minerales Silicatos Espodumeno LiAlSi2O6 (75 a 8 LiO2)

Petalita LiAlSi4O10

Micas Lepidolita K[LiAl]3[AlSi]4O10[FOH]2

Zinwaldita K[LiAlFe]3[AlSi]4O10[FOH]2

Fosfatos Litiofilita (MnLi)PO4

Ambligonita (LiNa)Al(FOH)PO4

Yacimientos en Argentina

Salares y Salmueras NaturalesZona de la Puna Salta Jujuy y Catamarca

Jujuy

Salta

Catamarca

Ambiente de los salares

iquestImpacto en el ambiente

La Negra ChilePlanta

en Salta

- La existencia de costras soacutelidas de sal es soacutelo una caracteriacutestica superficial que estaacute presente en algunos salares pero no es representativa de la complejidad del sistema

- Un salar tiene asociado un cuerpo subterraacuteneo de salmuera que lo alimenta y tiene diferentes lsquofaciesrsquo de sales en profundidad como cloruro de sodio (halita) cloruros y sulfatos de potasio y magnesio y otros sulfatos y carbonatos

Geologiacutea de un Salar

Produccioacuten Global de litio(en metal equivalente)

- La existencia de costras soacutelidas de sal es soacutelo una caracteriacutestica superficial que estaacute presente en algunos salares pero no es representativa de la complejidad del sistema

- Un salar tiene asociado un cuerpo subterraacuteneo de salmuera que lo alimenta y tiene diferentes lsquofaciesrsquo de sales en profundidad como cloruro de sodio (halita) cloruros y sulfatos de potasio y magnesio y otros sulfatos y carbonatos

Geologiacutea de un Salar

Aspectos de relevanciaConsumo y contaminacioacuten de agua impactos en el paisaje introduccioacuten de caminos de exploracioacuten en ecosistemas sensibles instalacioacuten de infraestructura impacto en la flora y fauna de la actividad industrial donde antes no la habiacutea generacioacuten de residuos soacutelidos y quiacutemicos

La salmuera es bombeada mediante perforaciones y luego se la expone al sol para

evaporar el liacutequido y concentrar los componentes de intereacutes La concentracioacuten de litio en las salmueras es baja y variacutea dentro de

cada salar y entre los distintos salares fluctuando entre unas pocas decenas de partes por milloacuten y poco maacutes de mil de acuerdo con

estos valores puede estimarse que por cada tonelada de litio extraiacuteda se evaporan alrededor

de dos millones de litros de agua clara evidencia de que la mineriacutea del litio en salares es

una mineriacutea del agua

iquestA quieacuten impacta

ldquoNo puede ni debe realizarse ninguacuten tipo de actividad minera sin el consentimiento libre previo e informado de las comunidades involucradasrdquo

Y nosotros que podemos hacerDesarrollo de nuevos materialesPreparacioacuten de materiales

CaracterizacioacutenEstudios Teoacutericos

Y nosotros que podemos hacerDesarrollo de nuevos materialesPreparacioacuten de materiales

CaracterizacioacutenEstudios Teoacutericos

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Litio y derivadosArbol de Litio

Ton Li 2CO

3

Uso proyectado en celulares

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Tipos de Minerales Silicatos Espodumeno LiAlSi2O6 (75 a 8 LiO2)

Petalita LiAlSi4O10

Micas Lepidolita K[LiAl]3[AlSi]4O10[FOH]2

Zinwaldita K[LiAlFe]3[AlSi]4O10[FOH]2

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Ambiente de los salares

iquestImpacto en el ambiente

La Negra ChilePlanta

en Salta

- La existencia de costras soacutelidas de sal es soacutelo una caracteriacutestica superficial que estaacute presente en algunos salares pero no es representativa de la complejidad del sistema

- Un salar tiene asociado un cuerpo subterraacuteneo de salmuera que lo alimenta y tiene diferentes lsquofaciesrsquo de sales en profundidad como cloruro de sodio (halita) cloruros y sulfatos de potasio y magnesio y otros sulfatos y carbonatos

Geologiacutea de un Salar

Produccioacuten Global de litio(en metal equivalente)

- La existencia de costras soacutelidas de sal es soacutelo una caracteriacutestica superficial que estaacute presente en algunos salares pero no es representativa de la complejidad del sistema

- Un salar tiene asociado un cuerpo subterraacuteneo de salmuera que lo alimenta y tiene diferentes lsquofaciesrsquo de sales en profundidad como cloruro de sodio (halita) cloruros y sulfatos de potasio y magnesio y otros sulfatos y carbonatos

Geologiacutea de un Salar

Aspectos de relevanciaConsumo y contaminacioacuten de agua impactos en el paisaje introduccioacuten de caminos de exploracioacuten en ecosistemas sensibles instalacioacuten de infraestructura impacto en la flora y fauna de la actividad industrial donde antes no la habiacutea generacioacuten de residuos soacutelidos y quiacutemicos

La salmuera es bombeada mediante perforaciones y luego se la expone al sol para

evaporar el liacutequido y concentrar los componentes de intereacutes La concentracioacuten de litio en las salmueras es baja y variacutea dentro de

cada salar y entre los distintos salares fluctuando entre unas pocas decenas de partes por milloacuten y poco maacutes de mil de acuerdo con

estos valores puede estimarse que por cada tonelada de litio extraiacuteda se evaporan alrededor

de dos millones de litros de agua clara evidencia de que la mineriacutea del litio en salares es

una mineriacutea del agua

iquestA quieacuten impacta

ldquoNo puede ni debe realizarse ninguacuten tipo de actividad minera sin el consentimiento libre previo e informado de las comunidades involucradasrdquo

Y nosotros que podemos hacerDesarrollo de nuevos materialesPreparacioacuten de materiales

CaracterizacioacutenEstudios Teoacutericos

Y nosotros que podemos hacerDesarrollo de nuevos materialesPreparacioacuten de materiales

CaracterizacioacutenEstudios Teoacutericos

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Tipos de Minerales Silicatos Espodumeno LiAlSi2O6 (75 a 8 LiO2)

Petalita LiAlSi4O10

Micas Lepidolita K[LiAl]3[AlSi]4O10[FOH]2

Zinwaldita K[LiAlFe]3[AlSi]4O10[FOH]2

Fosfatos Litiofilita (MnLi)PO4

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Salares y Salmueras NaturalesZona de la Puna Salta Jujuy y Catamarca

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en Salta

- La existencia de costras soacutelidas de sal es soacutelo una caracteriacutestica superficial que estaacute presente en algunos salares pero no es representativa de la complejidad del sistema

- Un salar tiene asociado un cuerpo subterraacuteneo de salmuera que lo alimenta y tiene diferentes lsquofaciesrsquo de sales en profundidad como cloruro de sodio (halita) cloruros y sulfatos de potasio y magnesio y otros sulfatos y carbonatos

Geologiacutea de un Salar

Produccioacuten Global de litio(en metal equivalente)

- La existencia de costras soacutelidas de sal es soacutelo una caracteriacutestica superficial que estaacute presente en algunos salares pero no es representativa de la complejidad del sistema

- Un salar tiene asociado un cuerpo subterraacuteneo de salmuera que lo alimenta y tiene diferentes lsquofaciesrsquo de sales en profundidad como cloruro de sodio (halita) cloruros y sulfatos de potasio y magnesio y otros sulfatos y carbonatos

Geologiacutea de un Salar

Aspectos de relevanciaConsumo y contaminacioacuten de agua impactos en el paisaje introduccioacuten de caminos de exploracioacuten en ecosistemas sensibles instalacioacuten de infraestructura impacto en la flora y fauna de la actividad industrial donde antes no la habiacutea generacioacuten de residuos soacutelidos y quiacutemicos

La salmuera es bombeada mediante perforaciones y luego se la expone al sol para

evaporar el liacutequido y concentrar los componentes de intereacutes La concentracioacuten de litio en las salmueras es baja y variacutea dentro de

cada salar y entre los distintos salares fluctuando entre unas pocas decenas de partes por milloacuten y poco maacutes de mil de acuerdo con

estos valores puede estimarse que por cada tonelada de litio extraiacuteda se evaporan alrededor

de dos millones de litros de agua clara evidencia de que la mineriacutea del litio en salares es

una mineriacutea del agua

iquestA quieacuten impacta

ldquoNo puede ni debe realizarse ninguacuten tipo de actividad minera sin el consentimiento libre previo e informado de las comunidades involucradasrdquo

Y nosotros que podemos hacerDesarrollo de nuevos materialesPreparacioacuten de materiales

CaracterizacioacutenEstudios Teoacutericos

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Geologiacutea de un Salar

Produccioacuten Global de litio(en metal equivalente)

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Geologiacutea de un Salar

Aspectos de relevanciaConsumo y contaminacioacuten de agua impactos en el paisaje introduccioacuten de caminos de exploracioacuten en ecosistemas sensibles instalacioacuten de infraestructura impacto en la flora y fauna de la actividad industrial donde antes no la habiacutea generacioacuten de residuos soacutelidos y quiacutemicos

La salmuera es bombeada mediante perforaciones y luego se la expone al sol para

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Y nosotros que podemos hacerDesarrollo de nuevos materialesPreparacioacuten de materiales

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Aspectos de relevanciaConsumo y contaminacioacuten de agua impactos en el paisaje introduccioacuten de caminos de exploracioacuten en ecosistemas sensibles instalacioacuten de infraestructura impacto en la flora y fauna de la actividad industrial donde antes no la habiacutea generacioacuten de residuos soacutelidos y quiacutemicos

La salmuera es bombeada mediante perforaciones y luego se la expone al sol para

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La salmuera es bombeada mediante perforaciones y luego se la expone al sol para

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La Negra ChilePlanta

en Salta

- La existencia de costras soacutelidas de sal es soacutelo una caracteriacutestica superficial que estaacute presente en algunos salares pero no es representativa de la complejidad del sistema

- Un salar tiene asociado un cuerpo subterraacuteneo de salmuera que lo alimenta y tiene diferentes lsquofaciesrsquo de sales en profundidad como cloruro de sodio (halita) cloruros y sulfatos de potasio y magnesio y otros sulfatos y carbonatos

Geologiacutea de un Salar

Produccioacuten Global de litio(en metal equivalente)

- La existencia de costras soacutelidas de sal es soacutelo una caracteriacutestica superficial que estaacute presente en algunos salares pero no es representativa de la complejidad del sistema

- Un salar tiene asociado un cuerpo subterraacuteneo de salmuera que lo alimenta y tiene diferentes lsquofaciesrsquo de sales en profundidad como cloruro de sodio (halita) cloruros y sulfatos de potasio y magnesio y otros sulfatos y carbonatos

Geologiacutea de un Salar

Aspectos de relevanciaConsumo y contaminacioacuten de agua impactos en el paisaje introduccioacuten de caminos de exploracioacuten en ecosistemas sensibles instalacioacuten de infraestructura impacto en la flora y fauna de la actividad industrial donde antes no la habiacutea generacioacuten de residuos soacutelidos y quiacutemicos

La salmuera es bombeada mediante perforaciones y luego se la expone al sol para

evaporar el liacutequido y concentrar los componentes de intereacutes La concentracioacuten de litio en las salmueras es baja y variacutea dentro de

cada salar y entre los distintos salares fluctuando entre unas pocas decenas de partes por milloacuten y poco maacutes de mil de acuerdo con

estos valores puede estimarse que por cada tonelada de litio extraiacuteda se evaporan alrededor

de dos millones de litros de agua clara evidencia de que la mineriacutea del litio en salares es

una mineriacutea del agua

iquestA quieacuten impacta

ldquoNo puede ni debe realizarse ninguacuten tipo de actividad minera sin el consentimiento libre previo e informado de las comunidades involucradasrdquo

Y nosotros que podemos hacerDesarrollo de nuevos materialesPreparacioacuten de materiales

CaracterizacioacutenEstudios Teoacutericos

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- La existencia de costras soacutelidas de sal es soacutelo una caracteriacutestica superficial que estaacute presente en algunos salares pero no es representativa de la complejidad del sistema

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