Un nuevo diseño de electrodos aumenta hasta un 15% la densidad energética de las baterías

Un consorcio liderado por el Instituto Fraunhofer de Sistemas de Energía Solar (Fraunhofer ISE) de Alemania ha desarrollado electrodos de batería más gruesos que podrían aumentar entre un 10% y un 15% la densidad energética a nivel de celda sin añadir peso.

Los investigadores demostraron el concepto en celdas de iones de litio, iones de sodio e iones de zinc. También fabricaron prototipos de celdas de iones de litio tipo pouch.

“La nueva arquitectura de celda se desarrolló teniendo en cuenta la futura producción en masa: una posible línea de producción de electrodos presenta una complejidad de proceso significativamente menor en comparación con un sistema de recubrimiento húmedo de última generación”, afirmó Fraunhofer ISE en un comunicado. “Como resultado, los costos de capital son significativamente menores. Los costos operativos también son inferiores porque requiere menos espacio y energía. Esta tecnología abre así la posibilidad, especialmente para las pequeñas y medianas empresas, de establecer sus propias instalaciones de producción de celdas de batería en Alemania”.

Oliver Fitz, responsable del grupo de tecnología de celdas de batería de Fraunhofer ISE, explicó que los investigadores aumentaron el espesor del recubrimiento de los electrodos desde el rango convencional de 100 µm a 200 µm hasta un máximo de 800 µm. Los electrodos más gruesos reducen el número de colectores de corriente necesarios dentro de una celda, lo que deja más espacio y peso disponible para el material activo de almacenamiento de energía.

Las celdas de batería resultantes también están libres de PFAS y se fabrican sin solventes tóxicos. Los PFAS, o sustancias perfluoroalquiladas y polifluoroalquiladas, son un amplio grupo de productos químicos sintéticos altamente persistentes en el medioambiente y a menudo denominados “químicos eternos”.

El equipo de investigación desarrolló el diseño de electrodos y celdas en el marco de tres proyectos: “VORAN – Almacenamiento innovador con baterías de iones de sodio para aplicaciones estacionarias y móviles”, “INFAB – Baterías de iones de zinc para almacenamiento estacionario de energía: fabricación y ensamblaje” y “WinZIB2 – Sistema innovador de baterías de iones de zinc de aplicación mundial”.

Entre los socios de los proyectos se encuentran Acp systems, Helmut Hechinger, el Instituto de Fotovoltaica (ipv) de la Universidad de Stuttgart y el Instituto de Tecnología de Karlsruhe/Instituto Helmholtz de Ulm.

“En un sistema energético climáticamente neutro con fuentes de energía fluctuantes como la solar y la eólica, el almacenamiento estacionario en baterías es un componente integral para cubrir los picos de demanda eléctrica de la mañana y la tarde”, afirmó Andreas Bett, director de Fraunhofer ISE. “Alemania haría bien en desarrollar capacidad de fabricación para satisfacer la creciente demanda de baterías y, de este modo, generar valor dentro del país. Si podemos contribuir a ello, estaremos encantados”.