Información Técnica
El Litio y las Implicaciones de la
Introducción Comercial de los Vehículos
Eléctricos
Dr. Mark Moskovitz y Gary Witman, MD
Mucho entusiasmo en la industria del automóvil
está generando sobre los coches eléctricos que
llegan al mercado en el tercer trimestre de
2010. El Chevy Volt con un recorrido de 40
millas por carga de la batería será el primero
de estos modelos de éxito comercial. El vehículo
viene con una placa del generador de gas para
recargar la batería. El cargador de Volt tiene 2
modos: 6.5 horas a 110 voltios y 3.2 horas a 220
voltios. Similares, incluso los vehículos más
amplia de Nissan, Mercedes y Volvo estará a la
venta durante el próximo año. Sin embargo, el
Departamento de Transporte, realizó un estudio
que indica que el 78% de todas los viajes de
menos de 40 millas, 85% tienen menos de 50
millas, y el 93% tienen menos de 70 millas.
Esta
transformación de vehículos de motor de
combustible para energía de la batería puede
alterar significativamente la forma en que
conducimos nuestras vidas, reducir nuestra carga
de carbono y generar demandas adicionales a la
red de energía eléctrica. De acuerdo a la
energía de Austin, hay suficiente capacidad
total combinada eléctrica actualmente dentro de
la red para permitir la carga durante la noche
para 160 millones de vehículos eléctricos como
el Volt. De todo nuestro consumo de petróleo,
algunos 2 / 3 de la misma es para el transporte
y el 44% de este consumo de petróleo puede ser
reemplazado por la batería que genera energía.
Nuestras necesidades de otros medios de
transporte son aviones, trenes, barcos y
camiones grandes, ninguno de los cuales harán la
transición a la energía de la batería. Sin
embargo, para el vehículo de pasajero, el futuro
parece ofrecer un futuro de la batería.
El desglose en
nuestro uso del petróleo para las necesidades de
transporte es:
|
La gasolina para vehículos de pasajeros |
44% |
|
Diesel
|
17% |
| Combustible para
aviones |
5% |
|
Aceite combustible para el hogar e
industriales |
15% |
|
Petroquímica, plásticos y productos
fertilizantes |
19%
|
Litio, que alimentará nuestras necesidades de
batería es el mineral trigésimo tercero más
común de la corteza de la tierra y es abundante
en la naturaleza como mineral de roca dura y
como salmuera. Tiene una densidad que es la
mitad que la del agua, y es el menos denso de
todos los sólidos, siendo un mero 0.53 gramos /
cm 3 a una temperatura de 20 ° C. A diferencia
de los álcalis más pesado, el litio no reacciona
violentamente con el oxígeno y se mantiene
estable en el aire seco. Métodos de costos
eficientes se están estudiando para el mejor
extracción de este mineral extraordinario. La
fuente más rica de litio en la actualidad que se
está recogiendo es el Salar de Atacama cuenca
ubicada en el desierto de Atacama en Chile. La
extracción de salmuera se ha convertido en el
método preferido para la extracción de litio.
El carbonato de
litio se produce comercialmente a partir de una
de tres fuentes:
-
La
extracción de fuentes minerales tales como
espodumeno
-
Litio que
contiene salmueras - salmueras de litio en
el mercado en los Estados Unidos se
encuentran en Silver Peak, Nevada y el Lago
Searles, California.
-
La
extracción de agua del mar
Los métodos de
purificación a gran escala de litio fueron
desarrollados por la Corporación Chemetalle de
Sedimentos del Rey de la Montaña en Carolina del
Norte. Su estrategia para la reducción de los
recursos naturales para metal útiles implica la
conversión de las sales de litio de carbonato, a
continuación, al cloruro, seguido por
electrólisis de sales fundidas. El primer
proceso utilizado fue la obtención de carbonato
de litio puro de espodumenio, o de aluminio
silicato mineral de litio (LiAlSi206). El
mineral es generalmente obtenido en minas a
cielo abierto, y este proceso fue explotada
comercialmente por su contenido relativamente
alto de litio y la facilidad de procesamiento.
Espodumeno Alfa, que tiene una concentración de
óxido de litio de 5-7% es capaz de transformarse
a espodumeno beta por calentamiento a más de
1100 C, y luego se extrae con ácido sulfúrico
para formar sulfato de litio, tratados con
hidróxido de sodio y carbonato de sodio para
formar sulfato de sodio (sal de Glauber) y
carbonato de litio. Para la fabricación de
cloruro de litio de alta pureza del carbonato de
litio es la primeramente transformada en
hidróxido de litio de cloración antes de dar la
batería de litio cloruro de grado. Este proceso
es desperdiciador de tiempo y es costosa en su
aplicación a gran escala.
Salmueras de
litio se seca en una serie de estanques de
evaporación solar, y luego se retira por la
precipitación con carbonato de sodio, que luego
se transforma en carbonato de litio. Los
depósitos de salmuera de litio ricas, como el
Salar de Atacama se encuentran en cuencas
cerradas en entornos donde la alta evaporación
de litio está presente como un cloruro o
carbonato de potasio y, junto con boro. La
tecnología actual transforma el carbonato de
litio impuro en hidróxido de litio y la
precipitación de carbonato de calcio por el
tratamiento con carbonato sódico. La clave para
la obtención de litio de alto grado es utilizar
cloruro de litio purificada y la realización de
electrólisis en la virtual ausencia de aire y la
humedad para minimizar las reacciones rápidas
del litio. Las impurezas deben ser eliminadas,
que pueden incluir sodio, calcio, magnesio, así
como carbonatos, sulfatos y boratos. El proceso
centra salmueras, ya sean naturales o de otra
manera, con un contenido de litio y otros
alcalinos y haluros de metales alcalinos a 2-7%
de contenido de litio. La mayoría de los
compuestos alcalinos o alcalino-térreos se
eliminan por precipitación a un pH comprendido
entre 10.5 y 11.5. El pH se modifica con
hidróxido de litio reciclado, con la eliminación
de magnesio todavía existentes y el carbonato de
litio y / o dióxido de carbono que produce
carbonato de calcio en forma de precipitado.
La
concentración de litio en el agua de mar es de
sólo 0.2 partes por millón, lo que hace la
extracción de litio del agua de mar poco
práctico. Aunque la cantidad total de litio del
agua del mar se ha calculado como 2.5 x 10 14 kg
sería difícil de extraer dada la baja
concentración. Por el contrario, las fuentes
geotérmicas de la extracción de litio están
resultando mucho más práctico. El único método
eficaz para la precipitación de las sales de
litio geotérmica es mediante el uso de sales de
aluminio. De mayor interés es que el mayor
porcentaje de litio ocurre a un pH superior a
11. Ningún otro producto de alúmina activada es
capaz de realizar consistentemente a este pH
alto. En la presencia de alúmina activada, las
sales de litio puros obtienen la envolvente a
través de la adsorción, y se liberan con más del
99% de pureza.
Teniendo en
cuenta la transición al litio como fuente de
alimentación del vehículo, hay un mayor énfasis
para mejorar el rendimiento de la batería y
reducir el peso. La batería del Chevy Volt pesa
288 libras. Dr. Gerbrand Ceder y sus colegas en
el MIT han demostrado que el fosfato de hierro
litio pueden ser manipulados para permitir
catódicos extremadamente rápido de carga. Su
trabajo fue patrocinado por la Fundación
Nacional de Ciencia a través de la Investigación
de los Materiales y el Programa de Centros de
Ciencia de Ingeniería y de las Baterías de
Avanzada Programa de Transporte del Departamento
de Energía de EE.UU.. Esta tecnología ya ha sido
licenciado a fabricantes como los sistemas A123
de Watertown, MA. Cuando se aplica la corriente
para cargar un celular, los iones de litio se
encuentran atrapados en el medio de
almacenamiento del ánodo y se alejan del cátodo.
Cuando la batería se descarga y produce
corriente, los iones a continuación viajan de
regreso hacia el cátodo y producen corriente. El
tiempo que toma el litio para moverse dentro y
fuera del material del cátodo, es un paso
limitante. Formas de litio ion fosfato una red
que crea pequeños túneles a través del cual el
flujo de iones de litio. Ceder y sus colegas
crearon una batería de litio fosfato cristalina
superficie para cubrir estos túneles, que
parecen acelerar el tiempo de transporte de los
iones de litio para moverse dentro y fuera del
cátodo. Ellos publicaron en Nature que este
método permite velocidades de descarga que son
dos órdenes de magnitud mayores que los
utilizados en las baterías de iones de litio de
hoy. Ellos continúan diciendo que si la red de
energía eléctrica se dispone de coche eléctrico
con una batería 15kWh podrían ser acusados
dentro de 5 minutos (180kWh). Esto permitiría
una batería de iones de litio a comportarse como
un supercondensador. La carga de baterías
eléctricas tendrían que hacerse en las
estaciones públicas de recarga especializados de
llenado, como la carga de la batería de litio
que requieren la entrega de 750 amperios con 240
voltios de corriente alterna (240 VAC). Como
punto de referencia, el servicio doméstica
estándar para la mayoría de los hogares todo es
sólo 150-200 amperios. Sin embargo, estas
estaciones de carga rápida sólo será posible si
es que pueden almacenar energía de la misma
manera que un vehículo eléctrico (EV) se, pero
con baterías más potentes.
Si bien esta
tecnología ha sido desacreditada por Zaghib et
al: Reclamaciones no admitidas de carga
ultrarrápida de LiFeP04 baterías de Li-ion,
Diario de Fuentes de Energía, Vol. 194: 2,
diciembre del 2009, es claro que la carrera está
en marcha para encontrar la extrusión de litio
superior y tecnologías de purificación.
La implicación
es que los vehículos con pilas aparecen aquí
para quedarse. Va a ser un requisito para
métodos superiores para purificar litio de alta
alúmina graduado de fuentes geotérmicas y de
agua salada, y se activa mediante el trabajo en
los niveles de pH superiores a 11 parecen
encajar mejor el proyecto de ley.
Como es el caso
con otras aplicaciones, la DAI tiene la más alta
calidad en la industria de las alúminas
activadas especializadas con un control
cuidadoso de sus poros y tamaños de partículas.
Por lo tanto, esto hace que la alúmina
especializada de Dynamic Adsorbents la mejor
opción para la purificación de litio.
Información Técnica
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Alúmina Introducción y panorama
