El ZSW informa sobre el funcionamiento pleno de su planta piloto para materiales de cátodo.

El Centro de Investigación en Energía Solar e Hidrógeno de Baden-Württemberg (ZSW) puso en pleno funcionamiento una planta piloto en Ulm, capaz de pasar los materiales de cátodo para baterías de escala de laboratorio a cantidades de hasta 100 kilogramos en condiciones reales.

La línea piloto del ZSW en Ulm está ahora en pleno funcionamiento.

El ZSW destaca que la línea piloto llamada “Powder-Up!” en Ulm es la primera instalación independiente de Alemania capaz de escalar los materiales de cátodo para baterías desde el laboratorio en esta magnitud. Fue financiada con fondos del gobierno federal y del estado de Baden-Württemberg, y está disponible desde ahora para la industria y los científicos.

ZSW destaca además que los materiales de cátodo “determinan en gran medida el rendimiento y la seguridad de las baterías de alta potencia”. Sin embargo, señala que es un gran desafío trasladar los avances de la investigación a la producción industrial de celdas. Esto es lo que deberá lograr en el futuro la nueva línea piloto. Según sus responsables, esta cubre toda la cadena de procesos, desde la síntesis hasta el análisis y el control de calidad. Además, integra una gestión digital de procesos y un análisis altamente automatizado, lo que debería acelerar los ciclos de desarrollo y proporcionar datos para aplicaciones de inteligencia artificial.

“Quien quiera producir celdas de batería de manera competitiva en Alemania y Europa necesita acceso a los mejores materiales”, comenta el Prof. Dr. Markus Hölzle, miembro de la junta directiva del ZSW y director del área de tecnologías energéticas electroquímicas en Ulm. “Con Powder-Up!, las empresas pueden validar sus propios conceptos de materiales para su uso industrial, desarrollar conjuntamente nuevos métodos de síntesis o beneficiarse de la plataforma digital de datos. El ZSW se convierte así en el punto de referencia a nivel nacional para todos aquellos que desean desarrollar materiales mejorados para baterías y prepararlos para la producción en masa”.

Como es bien sabido, los materiales de cátodo constituyen el polo positivo de las baterías. Sin embargo, según ZSW, en particular en las baterías de iones de litio, representan el componente más caro y con mayor impacto ambiental. Estos materiales contienen, además del litio, otros recursos críticos como el níquel o el cobalto. Y además: “Dado que son insustituibles en la batería, los materiales de cátodo se siguen desarrollando constantemente. Por eso, en Ulm se da prioridad a los materiales de cátodo NMC. […] Mediante un ajuste específico de la proporción de níquel, manganeso y cobalto, se puede equilibrar el contenido energético, la vida útil, la estabilidad y los costos para diferentes aplicaciones”, se indica en un comunicado adjunto.

Según el ZSW, poco después de poner en marcha la línea piloto se logró escalar los primeros muestras de material, que pesaban unos pocos gramos, hasta el rango de 15 kilogramos. Un paso importante en este proceso es el tratamiento térmico de los materiales a temperaturas de entre 600 y 1.000 grados Celsius, siendo necesario mantener la temperatura con precisión en unos pocos grados. Para ello, la instalación cuenta con hornos especiales que reproducen con exactitud los procesos industriales.

Actualmente, los trabajos en Ulm también se centran en una segunda categoría de materiales catódicos: el fosfato de litio y hierro (LFP). Según el ZSW, ya se producen cantidades en escala de kilogramos para este material. Otro tema importante mencionado por los responsables son los materiales para baterías de iones sodio.

En general, la línea piloto abarca unos 2.400 metros cuadrados de área útil y reúne más de 135 instalaciones y equipos bajo un mismo techo. Esta infraestructura cubre tanto el desarrollo de materiales como la escalabilidad desde escalas de diez gramos hasta 100 kilogramos. A través de aparatos desarrollados específicamente, también es posible crear las llamadas rutas de síntesis mediante un método de alto rendimiento, que permite probar muchas variantes en paralelo y optimizarlas rápidamente.

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La caracterización de materiales en Ulm se realiza además con métodos altamente avanzados como la microscopía electrónica de barrido (SEM), el microscopio de haz de iones focalizado con microscopía electrónica de barrido para análisis de alta resolución (FIB-SEM), el análisis por rayos X dispersivos de energía (EDX), la espectroscopia Raman, el microscopio de fuerza atómica (AFM), el análisis por fluorescencia de rayos X (RFA) y la difracción de polvo de rayos X (XRD). Según los responsables, todos estos métodos permiten un análisis detallado de la estructura, composición y propiedades de los materiales. La prueba electroquímica se lleva a cabo en celdas de botón, que también se fabrican en el ZSW y se validan en el centro propio de pruebas de baterías. Todos los datos obtenidos de la síntesis y las pruebas se registran digitalmente y se integran inmediatamente en el desarrollo posterior de los materiales. De este modo, se pretende acelerar significativamente los ciclos de desarrollo y obtener mejores resultados.

Se puede optimizar aún más.

La planta piloto fue construida, como se mencionó al principio, con fondos del Ministerio Federal de Investigación, Tecnología y Astronáutica (BMFTR) y del estado de Baden-Württemberg. El estado financió el edificio con unos 10 millones de euros, mientras que la federación apoyó la tecnología de la planta y la infraestructura necesaria con aproximadamente 24 millones de euros. La construcción comenzó a principios de 2022. Tras la adquisición, construcción e instalación, la planta fue inaugurada tres años después, en marzo de 2025. Pero solo ahora está operando a plena capacidad. En 2024, electrive también había informado sobre esta línea piloto en alguna ocasión.

Dorothee Bär, Ministra Federal de Investigación, Tecnología y Astronáutica, se expresa sobre la puesta en marcha completa de la iniciativa de la siguiente manera: “Mi objetivo es que las tecnologías y materiales para baterías no se queden solo como conceptos en los laboratorios. Más bien, deben convertirse en productos concretos; ese es el objetivo principal de la Agenda de Alta Tecnología de Alemania”. Con Powder-Up!, su ministerio, junto con el estado de Baden-Württemberg, ha invertido de forma dirigida para hacer que los nuevos materiales catódicos para baterías sean económicamente viables más rápidamente. “De esta manera aceleramos intencionadamente la transición del laboratorio a la aplicación industrial, para que la tecnología de baterías ‘hecha en Alemania’ se convierta en un sello de calidad”.