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Innovative Manufacturing Routes for Next Generation Batteries in Europe

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Baterías de litio más ligeras, más baratas y de mayor densidad a la vista

Se supone que la potente tecnología de baterías que utiliza una lámina de litio y un electrolito de gel polimérico aumenta la densidad de energía en comparación con las baterías de iones de litio convencionales.

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Una iniciativa de la Unión Europea podría dar lugar a baterías capaces de almacenar más energía por unidad de peso y volumen, basándose en la larga búsqueda del uso del litio metálico puro en el ánodo de la batería. El diseño forma parte del concepto con visión de futuro para el desarrollo de baterías de estado sólido, las cuales eliminan la necesidad de un electrolito líquido entre los dos electrodos de la batería.

Por qué importan las alternativas prometedoras a las baterías de iones de litio

Las baterías de iones de litio hicieron despegar, literalmente, la electrónica portátil, pero la lista de aplicaciones prácticas se extiende mucho más allá de la simple ejecución de aplicaciones en un teléfono inteligente o una tableta. Los vehículos eléctricos, el almacenamiento de energía para la red eléctrica y los sistemas de energía de reserva son solo algunos ejemplos alimentados por esta tecnología de baterías. Esta creciente demanda de baterías de iones de litio ha generado una gran competencia mundial. ¿Pero cómo le va a Europa en esta competencia? «Europa parece haber perdido la batalla de la fabricación convencional de celdas de iones de litio frente a los gigantes asiáticos. Lanzamos el proyecto IMAGE, financiado con fondos europeos, para traer de vuelta y ampliar los conocimientos técnicos en el campo, de forma que la industria europea de las baterías logre una ventaja sobre la competencia», comenta Kohs Wolfram, coordinador del proyecto e ingeniero de desarrollo en AVL List GmbH. IMAGE reunió a socios industriales y académicos y trabajó para establecer una hoja de ruta bien documentada para la fabricación de celdas de baterías rentables y competitivas. La investigación no se limitó necesariamente a las baterías de iones de litio, sino a alternativas de litio más avanzadas y prometedoras.

Iones de litio frente a litio-metal

La búsqueda de alternativas a las baterías de iones de litio es importante en las aplicaciones en las que la tecnología ha alcanzado sus límites. Wolfram señala: «Esto es especialmente cierto para la movilidad eléctrica, impulsada en gran medida por la demanda de baterías de iones de litio asequibles con un mayor contenido energético. Las baterías de litio-metal son alternativas prometedoras para los vehículos eléctricos, para los que una gran autonomía y un peso y volumen bajos son grandes preocupaciones». Una batería de litio-metal puede superar a la tecnología de iones de litio convencional, ya que almacena casi el doble de electricidad por kilogramo. Lo hace mediante la sustitución del material del ánodo (normalmente grafito) por una delgada lámina de litio, que es más ligero. Al almacenar mucha más energía en un menor peso, aumenta la autonomía de los vehículos eléctricos.

Materiales del electrolito y el cátodo mejorados

Otro elemento que podría contribuir a mejorar considerablemente el rendimiento de las baterías es el uso de un nuevo electrolito de gel polimérico que se ha probado y mejorado de manera intensiva en varios ciclos de desarrollo. Un electrolito permite que los iones de litio vayan de un lado al otro durante los ciclos de carga y descarga de la batería, y una versión de gel polimérico podría demostrar ser mejor que los electrolitos líquidos tradicionales. Los miembros del proyecto también utilizaron una mezcla de níquel, cobalto y manganeso para el cátodo, la cual fue optimizada de forma que pudiese utilizarse con aglutinantes acuosos en lugar de orgánicos.

Sentar las bases de tecnologías avanzadas de baterías de litio

En el pasado, AVL List participó en otro proyecto, en el que se probaron varias combinaciones de materiales para el ánodo, el cátodo y el electrolito, en su afán por cimentar una industria europea de baterías sólida y competitiva. Wolfram señala: «En el marco de IMAGE, hemos experimentado con nuevos materiales de baterías y construido un nuevo tipo de celda. Los materiales utilizados eran más baratos e implicaban procesos de menor consumo energético durante su producción. Es más, eliminamos la necesidad de emplear disolventes orgánicos, lo que abre una vía para aumentar la seguridad de las baterías». El proceso de síntesis del electrolito de gel polimérico es prometedor para diseñar interfaces de electrolitos estables y conductoras. Además, los problemas de diseño abordados relacionados con la integración mecánica y el control de la temperatura de las celdas establecen una base sólida para proyectos de seguimiento. Wolfram concluye: «La combinación de un electrodo de lámina delgada con un electrolito de gel polimérico ofrece una alternativa barata y ampliable a las baterías de iones de litio, lo que representa un paso adelante para las baterías de estado sólido. La ampliación de nuestros conocimientos técnicos y capacidades de producción en relación con este tipo de baterías podría ayudar a que Europa compita con sus equivalentes en el gigante asiático».

Palabras clave

IMAGE, baterías de iones de litio, litio-metal, electrolito de gel polimérico, baterías de estado sólido, vehículos eléctricos, AVL List GmbH

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