Imagina un mundo donde la energía limpia y accesible sea una realidad. Las baterías de litio y la investigación en nuevos materiales están en el centro de esta transformación, ofreciendo soluciones innovadoras para el almacenamiento de energía y la movilidad eléctrica.
En un país como Cuba, donde la necesidad de diversificar las fuentes de energía es apremiante, estas baterías no solo representan un avance tecnológico, sino también una oportunidad para revitalizar la economía y promover la sostenibilidad.
Las baterías de litio han evolucionado rápidamente, convirtiéndose en el estándar para dispositivos electrónicos y vehículos eléctricos. Su capacidad para almacenar grandes cantidades de energía en un espacio reducido las hace ideales para enfrentar los desafíos del cambio climático y la dependencia de combustibles fósiles. Pero, ¿qué hay detrás de su funcionamiento?
En el núcleo de cada batería se encuentran los materiales catódicos, compuestos que desempeñan un papel crucial en el almacenamiento y la liberación de energía. Estos materiales son responsables de la capacidad de la batería para almacenar energía química, que se convierte en energía eléctrica cuando se necesita. La elección de un material catódico adecuado no solo influye en la eficiencia y duración de la batería. También es clave para la innovación en el desarrollo de soluciones energéticas más sostenibles.
Recursos locales para la soberanía tecnológica
El Instituto de Ciencia y Tecnología de Materiales (IMRE) es una institución multidisciplinaria que integra varios equipos de investigación, cada uno enfocado en diversas líneas de estudio en el ámbito de los materiales. Destacan especialmente aquellos proyectos relacionados con la energía, un área de creciente importancia en el contexto actual.
En este sentido, el IMRE se ha consolidado como un referente en la investigación de baterías de litio en Cuba. Uno de sus proyectos más destacados es el desarrollo de materiales catódicos a partir de materias primas de la industria cubana. Este enfoque no solo busca innovar en la producción de materiales, sino que también promueve la sostenibilidad y el uso eficiente de los recursos locales.
El equipo de investigación, bajo la dirección del Dr. Eduardo Lázaro Pérez Cappe, cuenta con más de dos décadas de experiencia en el desarrollo de materiales para baterías de litio y está conformado actualmente por siete miembros, además de contar con la colaboración de tres estudiantes de disciplinas como radioquímica, física nuclear y electrónica.
Este grupo se ha convertido en el único especializado en esta área en el país, lo que resalta su papel crucial en el avance de la tecnología energética en Cuba.
Las investigaciones llevadas a cabo en el IMRE no solo fomentan la autonomía tecnológica del país, sino que también establecen un puente entre la investigación científica y la industria local. Al optimizar el rendimiento de las baterías utilizando recursos autóctonos, el IMRE contribuye a añadir valor a la producción de níquel en Cuba, un mineral clave en la fabricación de baterías. De esta manera, la institución no solo impulsa el desarrollo tecnológico. También apoya el crecimiento económico sostenible del país, alineándose con las necesidades del mercado global y los objetivos de desarrollo sostenible.
Los materiales basados en níquel y cobalto son fundamentales en la industria de baterías, representando aproximadamente el 30 por ciento del costo de producción de una batería. Estos minerales son considerados críticos en la cadena de valor de producción de energía, lo que resalta la importancia de su desarrollo tanto a nivel nacional como internacional.
Recientemente, el Ministerio de Ciencia, Tecnología y Medio Ambiente (CITMA) ha reconocido la importancia de enriquecer el valor de los productos de níquel, en correspondencia con los intereses estratégicos del país en el ámbito energético, destaca el director del IMRE, Dr. C. Carlos Ricardo Millán Pila.
El equipo de investigación del Instituto de Ciencia y Tecnología de Materiales (IMRE) se enfoca en el desarrollo de materiales catódicos provenientes directamente de los yacimientos de Moa. Hasta la fecha, los resultados obtenidos son no solo prometedores, sino también competitivos a nivel internacional. Este avance tiene el potencial de transformar la industria del níquel en Cuba, ya que se están produciendo electrodos de calidad excepcional que rivalizan con los materiales sintéticos disponibles globalmente.
“Tenemos resultados muy buenos, pero aún queda mucho por hacer”, enfatiza Pérez Cappe, lo que refleja la ambición del grupo y su compromiso con la mejora continua en sus investigaciones.
Un aspecto primordial que el equipo resalta es la necesidad de una mayor sinergia entre el laboratorio y la industria. Aunque se han logrado avances significativos, este objetivo aún no se ha alcanzado en la medida deseada, lo que limita el impacto de sus descubrimientos en el mercado.
Además, el Dr. Pérez Cappe señala un punto crucial en la economía de los materiales: “Un gramo de cobalto puede costar más que una cantidad considerable de níquel”. Este cobalto se encuentra como impurezas en las grandes reservas de níquel del país. Los estudios preliminares indican que la concentración de cobalto presente podría ser beneficiosa para la evaluación de los electrodos. Esto abre nuevas oportunidades para la optimización de estos materiales y, por ende, para la industria.
Con un enfoque claro y un compromiso renovado, el equipo del IMRE continúa su labor investigativa, con la esperanza de contribuir significativamente al futuro de la energía en Cuba.
Una de las principales fortalezas de este grupo radica en su capacidad para sintetizar materiales de interés utilizando materias primas nacionales. Esta perspectiva permite la creación de homólogos de los materiales que se sintetizan internacionalmente, pero con recursos extraídos de los yacimientos cubanos.
Además, el equipo también produce materiales sintéticos en su propio laboratorio, lo que facilita la comparación con los de origen natural. El IMRE se destaca por su alto grado de caracterización de estos materiales, enriqueciendo así el proceso investigativo y asegurando que cada avance esté respaldado por datos sólidos y precisos.
Otra ventaja competitiva del grupo es su habilidad para desarrollar pequeñas celdas, conocidas como Coin Cells, que se asemejan a las celdas industriales. Esta capacidad de síntesis, selección de composiciones y realización de mediciones refuerza su posición en el ámbito de la investigación sobre baterías de litio, diferenciándolos de otros equipos, tanto dentro del IMRE como a nivel global.
Las principales técnicas para la síntesis de materiales catódicos en el instituto se basan en métodos de química suave, los cuales permiten la generación de nanopartículas. Durante este proceso de síntesis, se liberan diversos gases, y la formación de estas nanopartículas tiene un efecto positivo en el rendimiento de las baterías.
Uno de los principales problemas que afectan el trabajo óptimo de las baterías es el efecto Jahn-Teller[1].
Cuando una batería se carga, a veces los átomos dentro de ella se organizan de una manera que no es ideal, lo que puede causar que se deformen. Esta deformación influye en el flujo de energía, haciendo que la batería funcione como si tuviera dos partes separadas en lugar de una sola.
Las nanopartículas, debido a su pequeño tamaño y a como interactúan entre sí, ayudan a evitar este problema. Según el Dr. Eduardo Lázaro Pérez Cappe, en el laboratorio han encontrado maneras de medir este fenómeno y reducir el defecto, especialmente en elementos como el manganeso, componente clave dentro de la composición de las baterías.
En la actualidad, existen varios paradigmas que guían la innovación e investigación en materiales para baterías. Uno de ellos se centra en la seguridad, referida a la capacidad de las baterías para operar sin riesgos de fallos o accidentes. Otro aspecto importante es la estabilidad, que implica cuánto tiempo pueden mantener su rendimiento sin degradarse. Además, la potencia es fundamental, ya que se relaciona con la cantidad de energía que las baterías pueden proporcionar en un momento dado.
Estos aspectos pueden ser ajustados y mejorados a través de la ciencia de materiales, que es la principal labor del equipo del IMRE, confirma Ricardo Millán.
Alianzas para el futuro
El proyecto específico de baterías, llevado a cabo por el equipo de la institución científica, comenzó en 2019. Gran parte de sus avances se realizaron durante la pandemia de covid-19 y pertenece al Programa Nacional de Desarrollo Energético Integral y Sostenible, coordinado por el Ministerio de Energía y Minas (MINEM). Además, se vincula al proyecto “Conectando Conocimientos”, financiado por la Unión Europea, en colaboración con el Ministerio y otras iniciativas.
La industria de las baterías de litio es costosa y requiere establecer importantes vínculos con empresas e instituciones, ya que los financiamientos necesarios son elevados. Esta investigación también se beneficia de la colaboración internacional con países como Inglaterra, España, México y Brasil. Gracias a estas alianzas, el equipo ha podido acceder a equipos únicos para el laboratorio en el país, lo que añade un valor potencial muy alto a las investigaciones que realizan.
La investigación realizada por IMRE representa un paso decisivo hacia un futuro, donde la energía limpia y accesible sea una realidad palpable. En un contexto global donde los desafíos energéticos y ambientales son cada vez más urgentes, el trabajo de esta institución se alinea con las aspiraciones de desarrollo sostenible que guían a la comunidad internacional.
El desarrollo de baterías de litio a partir de recursos locales no solo responde a la necesidad de diversificar las fuentes de energía en Cuba, sino que también promueve un modelo de producción responsable y sostenible.
Al optimizar el uso de níquel y cobalto, el equipo mejora la eficiencia de las baterías y añade valor a la economía nacional. De esa forma contribuyen a la creación de empleos y al fortalecimiento de la industria cubana. Esta sinergia entre la investigación y el desarrollo económico es un pilar fundamental para la sostenibilidad, pues debe garantizar que los beneficios de la innovación tecnológica se distribuyan equitativamente en la sociedad.
Asimismo, al centrarse en la creación de soluciones energéticas que minimizan el impacto ambiental, el IMRE se posiciona como un actor clave en la lucha contra el cambio climático. La capacidad de sus investigaciones para ofrecer alternativas viables al uso de combustibles fósiles no solo es relevante para Cuba; también se pone en sintonía con los esfuerzos globales por mitigar las consecuencias del cambio climático. En este sentido, su trabajo no solo busca mejorar la autonomía energética del país, sino contribuye al esfuerzo colectivo por un planeta más saludable.
La colaboración internacional que el IMRE ha establecido con diversas instituciones refuerza aún más su relevancia en la esfera global. Estas alianzas permiten el intercambio de conocimientos y tecnologías, lo que potencia la capacidad del grupo de investigación para innovar y adaptarse a las demandas del mercado energético actual.
De esta forma, el IMRE va camino a convertirse en referente en la investigación de baterías de litio en Cuba y se integra en una red global de innovación que busca soluciones sostenibles.
[1] El efecto Jahn Teller es un fenómeno que ocurre en ciertos materiales donde la carga eléctrica provoca que la forma del material cambie, afectando su rendimiento