Fraunhofer ISE aumenta la densidad energética de las celdas de batería
El Fraunhofer ISE ha desarrollado una nueva arquitectura para las celdas de batería que, según se dice, permite una densidad energética un 10 al 15 por ciento mayor con el mismo peso. Este enfoque utiliza electrodos significativamente más gruesos, lo que reduce la necesidad de colectores de corriente. Esto también podría ser de interés para los vehículos eléctricos.
Producción semiautomática de celdas de batería en el Fraunhofer ISE
Imagen: Fraunhofer ISE
El desarrollo de celdas de batería con mayor densidad energética manteniendo el mismo peso permite almacenar más energía en el mismo espacio. Esto ofrece ventajas para los sistemas de almacenamiento de baterías estacionarias, que fueron objeto de tres proyectos de investigación financiados por el Gobierno Federal Alemán en el Instituto Fraunhofer para Sistemas de Energía Solar ISE en Friburgo. Los conocimientos obtenidos también pueden aplicarse a las baterías de tracción para vehículos eléctricos, donde una mayor densidad energética podría aumentar el alcance del vehículo.
En los proyectos del Fraunhofer ISE, el instituto colaboró con diversos socios para desarrollar una nueva arquitectura para celdas de batería que logre una mayor densidad energética. Los investigadores se centraron en los electrodos, aumentando el espesor de sus recubrimientos más de tres veces: en lugar de los típicos 100 a 200 micrómetros anteriores, aplicaron recubrimientos de hasta 800 micrómetros.
Células de batería con una densidad energética un 10 a un 15 por ciento mayor
Según la institución de investigación, esto ha aumentado la densidad energética de las células entre un 10 y un 15 por ciento, dependiendo del tipo y diseño de la batería. La razón es que, en una célula de batería, los recubrimientos de los electrodos y los colectores de corriente se alternan en numerosas capas delgadas. El recubrimiento contiene el material activo que almacena energía, mientras que los colectores de corriente conducen la corriente eléctrica. Al hacer más gruesos los electrodos, se necesitan menos de estas capas —y por lo tanto menos colectores de corriente—. Esto deja más espacio para el material activo con el mismo peso de la célula.
“Normalmente, el ánodo y el cátodo —los dos electrodos de una celda de batería— están formados por numerosas capas delgadas y alternadas de recubrimiento electrolítico y colectores de corriente”, explica el Dr. Oliver Fitz, jefe del grupo de tecnología de celdas de batería en Fraunhofer ISE. “Hemos logrado aumentar el espesor del recubrimiento electrolítico de los 100 micrómetros, que era el estándar anterior, a 200 micrómetros, y hasta 800 micrómetros, lo que reduce significativamente la cantidad de colectores de corriente necesarios. Como resultado, disponemos de mucho más espacio para el material activo, lo que aumenta la densidad energética entre un 10 y un 15 por ciento, dependiendo del tipo y diseño de la batería”.
Enfoque en aplicaciones de sistemas de almacenamiento de baterías
No obstante, el concepto aún no está listo para la producción en serie. Según Fraunhofer ISE, los resultados del proyecto demuestran, en cambio, un “enfoque prometedor hacia la futura industrialización de esta novedosa arquitectura de electrodos y celdas”. Las nuevas celdas de batería son particularmente interesantes para su uso en sistemas de almacenamiento de energía a base de baterías (BESS), pero también en vehículos eléctricos.
El equipo de investigación desarrolló el nuevo diseño de electrodos y celdas como parte de los proyectos “VORAN – Almacenamiento innovador de baterías de iones de sodio para aplicaciones estacionarias y móviles” (en curso hasta junio de 2027), “INFAB – Baterías de iones de zinc para almacenamiento energético estacionario: fabricación y ensamblaje” (completado) y “WinZIB2 – Sistema innovador de baterías de iones de zinc listo para su despliegue global”, todos ellos financiados por el Gobierno Federal de Alemania.