Post on 20-Oct-2018
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
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
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
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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
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
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
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
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
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
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
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Voltag
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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
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
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
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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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
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
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
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
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
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
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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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
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
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
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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
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
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
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
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
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
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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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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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
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
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
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
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
- 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
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
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3
Uso proyectado en celulares
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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
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Ambiente de los salares
iquestImpacto en el ambiente
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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
Y nosotros que podemos hacerDesarrollo de nuevos materialesPreparacioacuten de materiales
CaracterizacioacutenEstudios Teoacutericos
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
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Jujuy
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Catamarca
Ambiente de los salares
iquestImpacto en el ambiente
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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
Y nosotros que podemos hacerDesarrollo de nuevos materialesPreparacioacuten de materiales
CaracterizacioacutenEstudios Teoacutericos
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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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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Catamarca
Ambiente de los salares
iquestImpacto en el ambiente
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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
Y nosotros que podemos hacerDesarrollo de nuevos materialesPreparacioacuten de materiales
CaracterizacioacutenEstudios Teoacutericos
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
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
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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Micas Lepidolita K[LiAl]3[AlSi]4O10[FOH]2
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de dos millones de litros de agua clara evidencia de que la mineriacutea del litio en salares es
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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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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
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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
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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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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
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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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- 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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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 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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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 salmuera es bombeada mediante perforaciones y luego se la expone al sol para
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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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