La celda de silicio superó 1000 ciclos y conservó el 83% de su capacidad. Pero solo bajo una presión de 10 bares.
Fraunhofer ISE, en el proyecto StrOboBatt, probó una celda pouch de 25 Ah fabricada manualmente con una anoda rica en silicio. Después de más de 1000 ciclos completos, mantuvo más del 83% de su capacidad, es decir, por encima del umbral del 80%, que se considera mínimo para aplicaciones comerciales. Si se logra trasladar este resultado a baterías en serie, un automóvil con la misma cantidad de celdas podrá recorrer distancias mayores.
El silicio ofrece mucho, pero se expande enormemente
El silicio en la anoda permite obtener una mayor densidad de energía que el grafito. El problema es que, durante la carga, absorbe iones de litio y aumenta su volumen hasta en un 300%, mientras que durante la descarga vuelve a contraerse. El grafito funciona dentro de un rango del 10-12%. Este movimiento interrumpe el contacto eléctrico en la electrodos y acelera la descomposición del electrolito, por lo que las celdas con silicio suelen envejecer demasiado rápido.
Alemania utilizó un compuesto de silicio y carbono que representa el 51% del material activo de la anoda. Lo combinaron con una cátodo rico en níquel y todo fue fabricado en una línea piloto industrial.
La presión y la potencia de carga modifican el resultado
Lo decisivo resultó ser la presión mecánica. Con una presión axial de 1000 kPa (aproximadamente 10 bares) durante la carga y descarga, el contacto en la electrodo se mantuvo estable. A 300 kPa (aproximadamente 3 bares), la capacidad útil disminuía claramente más rápido. De los materiales disponibles no se desprende cómo lograr tal presión en un paquete para automóviles ni cuánto costaría en términos de peso y diseño.
Otra conclusión de las pruebas en condiciones dinámicas similares a la conducción real: a altas potencias, la capacidad disminuye más rápido que en ciclos de laboratorio suaves. Los sistemas de gestión de baterías en los automóviles futuros tendrán que tener esto en cuenta.
280 Wh/kg medidos, 330 Wh/kg en planes
Las celdas probadas alcanzaron 280 Wh/kg. El valor de 330 Wh/kg es una estimación del Fraunhofer ISE para una producción en masa optimizada, y no un resultado de medición. Según el instituto, esto sería un 20-35% más que en las celdas NMC y NCA actuales, así como casi el doble que en las LFP.
El instituto lo traduce a términos de automóviles. Con la misma masa de batería, el coche podría tener casi 100 kWh en lugar de los aproximadamente 75 kWh actuales, y el alcance real de un modelo de tamaño medio aumentaría de unos 450 km a más de 600 km. Esta es una calculación basada en la densidad energética, no una prueba en un automóvil real.
También está el aspecto relacionado con las materias primas. Hoy en día, el grafito llega a Europa principalmente desde el exterior, mientras que el silicio puede obtenerse y producirse sintéticamente en la región. Según el instituto, esto permitiría trasladar parte del valor añadido a Europa.
Por ahora se trata de una sola celda de 25 Ah, y no de un paquete para automóviles. En los materiales no se indica una fecha de lanzamiento, el costo de la celda ni información sobre el socio industrial. La respuesta sobre si es posible compatibilizar una presión de 10 bares con la estructura de la batería en el coche está por llegar.
Newsletter LovEV
¿Quieres más contenido como este?
Regístrate: te enviaremos un resumen de la semana cuando comience el boletín.