Las perspectivas de futuro del niobio como material para reforzar el acero en las industrias del automóvil y la construcción, en los que se emplea hoy en día, comienzan a mostrarse inciertas. Por eso, las empresas del sector están buscando alternativas para uso en baterías de vehículos eléctricos o en aplicaciones nanocristalinas. En el primer caso, el uso de óxidos de tungsteno de niobio complejos para reducir el efecto de la difusión iónica que afecta a la velocidad a la que viajan los iones de litio y los electrones podría favorecer la potencia y la velocidad de recarga de las baterías de litio.

El niobio es un metal utilizado principalmente por la industria del acero como elemento de refuerzo en ferroaleaciones. El acero de alta resistencia y baja aleación representa aproximadamente el 90% del niobio empleado en la actualidad, con un contenido promedio de aproximadamente 0,03% en su composición. Las microaleaciones de niobio mejoran la seguridad. Al agregarlo se reduce la cantidad y el peso de acero requerido, lo que supone una característica importante para la industria del automóvil y para la de la construcción. El consumo de niobio depende de varios factores, como el PIB o el entorno normativo.

Pongámonos al día: el mercado del niobio

El consumo de niobio aumentó un 5% entre 2010 y 2019, aunque la mayor aceleración se ha producido desde 2016. Su consumo se ha beneficiado de la reestructuración de la industria siderúrgica china y de las nuevas regulaciones que prescriben estándares más estrictos para la construcción. Esta circunstancia benefició en un primero momento al vanadio, que se ha convirtió en la principal opción de las acerías para la microaleación, haciendo que sus precios aumentaran aproximadamente un 200% en 2018. Entonces las fábricas chinas volvieron al niobio aumentando las importaciones un 30% en 2018 y en 2019. Este vaivén ha provocado que los precios del ferro-vanadio y del ferro-niobio estén ahora cerca de la paridad.

Otra característica clave del mercado del niobio es la concentración de sus suministradores. Los tres mayores productores, las empresas brasileñas CBMM, CMOC y la canadiense Magris, acumulan el 97% del mercado. De ellas, CBMM con el 78% de cuota, es la que establece los precios. Y su dominio continuará a medida que el grupo amplíe su capacidad de producción en un 50% en 2020.

Nuevos mercados para el niobio

Estas dos particularidades han provocado preocupaciones en el sector. La industria del niobio es consciente de estos problemas y ya está buscando un futuro más allá del acero, señala la empresa de investigación de mercado Roskill Information Services. Actualmente, sus aplicaciones no relacionadas con él representan solo un 2% en términos de consumo. Sin embargo su uso en baterías de vehículos eléctricos y en aplicaciones nanocristalinas podría crecer por encima del 10% en la próxima década, dependiendo de cómo se desarrolle cada tecnología..

El niobio y las baterías de los vehículos eléctricos

Los premios Charles Hatchett Award, los más prestigiosos relacionados con este sector, trataron en 2019 el tema de las oportunidades del niobio en el sector de las baterías de los vehículos eléctricos. El premio al mejor artículo de investigación en 2019 lo recibió un estudio del equipo de la Universidad de Cambridge, el Laboratorio Nacional de Argonne y el Campus de Ciencia e Innovación Diamond Light Source, Harwell. Trata sobre el uso de óxidos de tungsteno de niobio en baterías de iones de litio de alta potencia y capacidad y que fue publicado en la revista Nature en 2018. En esta publicación se describe técnicamente el uso del niobio en la composición química de las baterías de iones de litio.

Imagen del documento de presentación del Seminario de Premios Charles Hatchett Award.

La velocidad a la que se mueven los iones de litio y los electrones es la responsable de que una batería sea capaz de ofrecer una potencia adecuada para cada necesidad y una recarga los más rápida posible. El efecto negativo de la difusión iónica dentro de las partículas electroquímicamente activas representa una limitación fundamental sobre la velocidad a la que se puede cargar y descargar una batería. Para compensar este efecto las partículas activas se reducen con frecuencia a dimensiones nanométricas, en detrimento de la densidad, el costo, la estabilidad y la sostenibilidad del relleno volumétrico.

Como alternativa al nanoescalado, los investigadores muestran dos óxidos de tungsteno de niobio complejos, que pueden intercalar grandes cantidades de litio a altas concentraciones, incluso cuando los tamaños de estas partículas son del orden de micrómetros. Las mediciones de los coeficientes de difusión de iones de litio en ambas estructuras revelan valores de temperatura ambiente que son varios órdenes de magnitud más altos que los de los materiales de electrodo típicos.