Grafito: qué es, qué tipos hay y cuál es su importancia en los coches eléctricos

La industria del vehículo eléctrico ha elevado la demanda de grafito a niveles inimaginables hace unos años, lo que ha convertido al litio y al grafito en los dos elementos estrella de las baterías.

Del primero ya te hemos hablado recientemente, y ahora vamos a hacer lo mismo con el segundo.

Qué es el grafito y para qué se utiliza

El grafito es una formación mineral natural de carbono. Se encuentra en su estado natural en la naturaleza, aunque también se puede producir sintéticamente.

Es muy conocido por su uso en lápices, donde se utiliza para escribir o dibujar debido a su capacidad de dejar una marca en papel o cualquier otra superficie.

Hay dos tipos principales de grafito: grafito cristalino y grafito amorfo. El grafito cristalino se divide en dos variedades: escamosa y veta

También se utiliza en otras aplicaciones, como en la fabricación de electrodomésticos, baterías, lubricantes, y como refuerzo en materiales compuestos. El grafito es un conductor eléctrico y térmico, y es extremadamente resistente a la alta temperatura en ausencia de oxígeno.

Además, el grafito es resistente a la acción de sustancias básicas y ácidos no oxidantes, pero reacciona fácilmente con los ácidos oxidantes, creando compuestos interlaminares formados por oxígeno e hidrógeno

Dónde se encuentra el grafito

El grafito se encuentra en la naturaleza, concretamente en rocas metamórficas e igneas en forma de cristales o masas compactas.

Generalmente, se extrae del fondo de las minas de carbón o de depósitos de roca sedimentaria. También puede aparecer en la naturaleza en forma de polvo o escamas sueltas.

El grafito se puede encontrar en varios lugares del mundo, incluyendo China, India, Brasil, México y Estados Unidos. Estos países son los principales productores de grafito natural a nivel mundial.

También se produce grafito sintético a partir de polvo de carbono sometido a altas temperaturas y presión.

Qué tipos de grafito hay

Hay dos tipos principales de grafito: grafito cristalino y grafito amorfo. El grafito cristalino se divide en dos variedades: escamosa y veta.

La variedad escamosa se encuentra en forma de láminas planas con aspecto escamoso, separadas entre sí y cristalizadas en rocas metamórficas como el mármol, neis, esquisto, cuarzo, cuarcita con feldespato o mica.

Estas láminas tienen un aspecto grasoso y sus dimensiones son variables, pudiendo encontrar variaciones en dureza, grosor, densidad y forma de un depósito a otro. Los depósitos comerciales más importantes se presentan en capas o lentes.

Por otro lado, la variedad veta se localiza en forma de vetas hidrotermales o en forma de acumulaciones a lo largo de las superficies de contacto entre pegmatitas y calizas. Los depósitos son separados comercialmente de acuerdo a su tamaño, y las vetas varían en dimensión desde unos cuantos milímetros a más de 2 metros, conteniendo impurezas como feldespato, cuarzo, mica, zircon, rutilo y apatito.

Por otro lado, el grafito amorfo se encuentra en forma de partículas microcristalinas más o menos uniformemente distribuidas en rocas metamórficas suaves como pizarras y filitas.

Tiene una apariencia terrosa, negra y suave, y el producto comercial contiene entre el 50 y 94 % de grafito. Esta variedad se forma por metamorfismo.

Cómo se utiliza el grafito en los coches eléctricos

En los coches eléctricos, el grafito se utiliza principalmente en las baterías.

En las baterías de iones de litio, que son las que se utilizan en la mayoría de los coches eléctricos, el ánodo es el electrodo que se encuentra en el polo negativo y que cede electrones durante el proceso de descarga. También se utiliza para medir el potencial eléctrico de la batería.

En las baterías de iones de litio, el ánodo suele estar compuesto de grafito. Durante la descarga de la batería, los iones de litio se desplazan desde el electrodo positivo (el cátodo) hasta el electrodo negativo (el ánodo), generando electricidad.

El grafito cristalino es un material ideal para esta aplicación debido a su alta conductividad eléctrica y térmica, y a su alta resistencia a la deformación. Además, el grafito cristalino es muy duradero y tiene una vida útil muy larga, lo que lo hace ideal para su uso en baterías de coches eléctricos.

En la industria automotriz, el grafito de alta pureza también se utiliza en la sinterización para mezclarlo con polvos metálicos y obtener fórmulas específicas.

Una de las principales aplicaciones es el reemplazo del asbesto en la producción de balatas de frenos. También se utiliza en la producción de escobillas para motores y como rellenador de juntas y cojinetes.

Qué es y cómo se crea el grafito sintético

El grafito sintético es, actualmente, el sostén de un mercado que sufre la escasez de un elemento tan vital para la industria de los coches eléctricos. Pero, ¿qué es exactamente?

El grafito sintético es un producto manufacturado hecho por el tratamiento a alta temperatura de los materiales amorfos del carbón.

El proceso de fabricación consiste en varias mezclas, moldeado y operaciones de horneado seguidas de tratamiento térmico a temperaturas entre 2500 y 3000 °C. La temperatura de tratamiento térmico se requiere para conducir la transformación de fase sólido/sólido carbón amorfo a grafito.

La morfología de la mayoría del grafito sintético varía de hojuelas en polvos finos a granos irregulares y agujas en productos más gruesos. Durante el proceso de concentración las impurezas contenidas en los carbones precursores se reducen significativamente.

Esto ocurre como resultado de la vaporización de alta temperatura de las impurezas volátiles, que en las temperaturas de proceso utilizadas incluye la mayoría de los óxidos de metal, azufre, nitrógeno, hidrógeno y todos los componentes orgánicos que eran parte del coque de petróleo o del alquitrán de carbón utilizados como base primaria.

Como resultado de este tratamiento térmico, virtualmente todos los productos de grafito sintético son de pureza elevada y están disponibles en tamaños de partícula a partir de polvos de 2 milímetros a piezas de 2 centímetros. Las purezas son típicamente mayores a 99 % de carbono.