Fraunhofer ISE optimiza celdas de batería: más energía con el mismo peso
Foto: Fraunhofer ISE
Junto con socios del ámbito de la investigación y la industria, el Instituto Fraunhofer para Sistemas de Energía Solar ISE ha modificado la estructura de las electrodos en las baterías de tal manera que estas pueden almacenar entre un 10 y un 15 por ciento más de energía con el mismo peso. Lo lograron aumentando en más de tres veces el espesor de la capa de recubrimiento de los electrodos de las baterías, como las de iones de litio, lo que a su vez redujo la cantidad de conductores eléctricos dentro de la célula de batería.
Según un comunicado, el equipo de investigación implementó la nueva arquitectura de electrodos en celdas de tipo pouch de iones de litio fabricadas para uso industrial. Además, lograron trasladar con éxito este concepto a celdas de iones de zinc y iones de sodio.
“Normalmente, la anoda y la cátodo —las dos electrodos de una celda de batería— están formadas por numerosas capas delgadas alternativas de recubrimiento electrodico y conductores eléctricos”, explica Oliver Fitz, jefe del grupo de tecnología de celdas de batería en Fraunhofer ISE. “Hemos logrado aumentar el espesor del recubrimiento electrodico, que antes solía estar entre 100 y 200 micrómetros, hasta 800 micrómetros, lo que reduce significativamente la cantidad de conductores eléctricos necesarios. Como resultado, disponemos de mucho más espacio para material activo, lo que aumenta la densidad energética entre un 10 y un 15 por ciento, dependiendo del tipo y diseño de la batería”.
El equipo de investigación del Fraunhofer ISE validó primero de forma experimental la nueva arquitectura de electrodos para baterías de iones de zinc, sodio y litio en pequeñas celdas de batería en el laboratorio. Para las baterías de iones de litio, además fabricaron prototipos de celdas tipo pouch con la nueva estructura de electrodos en una línea de producción semiautomática ubicada en el moderno espacio seco del Laboratorio de Materiales y Producción de Celdas de Baterías del Fraunhofer ISE. “El concepto de la celda también puede transferirse fácilmente a otras químicas celulares”, añade Oliver Fitz.
Las electrodos de la batería están libres de PFAS y su fabricación no requiere solventes tóxicos. Al desarrollar la nueva arquitectura de celdas, se tuvo en cuenta una posterior producción en serie: según los investigadores, una posible línea de fabricación de electrodos presenta una complejidad de proceso significativamente menor en comparación con un sistema de recubrimiento húmedo según el estado actual de la tecnología. Esto hace que los costos de inversión sean mucho menores. Además, los costos operativos también disminuyen debido a la menor necesidad de espacio y energía. Con esto se pretende ofrecer a las empresas, especialmente a las pequeñas y medianas, la posibilidad de establecer su propia planta de fabricación de celdas de batería en Alemania.
“En un sistema energético neutro en carbono, con fuentes de energía variables como la solar y la eólica, los almacenamientos de baterías estacionarias son un componente esencial para cubrir los picos de consumo por la mañana y por la noche”, dice Andreas Bett, director del instituto Fraunhofer ISE. “Por ejemplo, en California los almacenamientos de baterías ya suministran en gran medida la electricidad por las noches. Alemania haría bien en desarrollar capacidades de producción para satisfacer la creciente demanda de baterías y así generar valor en el país. Si podemos contribuir a ello, nos complace mucho”.
El equipo de investigación desarrolló la nueva estructura de electrodos o celdas en 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 el almacenamiento energético estacionario: fabricación y ensamblaje” (finalizado) y “WinZIB2 – Sistema innovador de baterías de iones de zinc apto para uso mundial” (finalizado), en colaboración con los socios acp systems AG, Helmut Hechinger GmbH & Co. KG, la Universidad de Stuttgart – Instituto de Fotovoltáica (ipv) y el Instituto Tecnológico de Karlsruhe/Instituto Helmholtz de Ulm. El Ministerio Federal de Economía y Energía BMWE financió la investigación en los proyectos VORAN e InFAB, mientras que el Ministerio Federal de Educación e Investigación BMBF apoyó el proyecto WinZIB2.
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Acerca del autor
Thomas Langenbucher es un experto en movilidad eléctrica con experiencia profesional en la industria automotriz y el sector financiero. Desde 2011, escribe en ecomento.de sobre automóviles eléctricos, tecnologías sostenibles y soluciones de movilidad. Aprenda más.
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