Fraunhofer ISE logra un 10-15% más de densidad energética en baterías con electrodos más gruesos

Cómo se logra el aumento de densidad energética

El equipo liderado por Fraunhofer ISE ha modificado la estructura de los electrodos de las baterías para incrementar su grosor de recubrimiento, que habitualmente se sitúa entre 100 y 200 micrómetros, hasta los 800 micrómetros. Esta modificación reduce de forma significativa el número de colectores de corriente necesarios en la celda, lo que libera espacio para el material activo y eleva la densidad energética entre un 10% y un 15%, según el tipo y diseño de la batería.

Oliver Fitz, responsable del grupo de Tecnología de Celdas de Batería de Fraunhofer ISE, explica que "hemos conseguido aumentar el grosor del recubrimiento de los electrodos, reduciendo así de forma significativa el número de colectores de corriente necesarios". Como consecuencia, "disponemos de mucho más espacio para el material activo, lo que incrementa la densidad energética entre un 10 y un 15 %", añade.

Un 75% más de potencia y nuevas químicas de batería

Además del aumento en la densidad energética, los investigadores lograron incrementar la potencia de las celdas en un 75% en comparación con los electrodos convencionales, manteniendo al mismo tiempo una alta capacidad de almacenamiento energético. El concepto se ha aplicado con éxito a celdas de baterías de iones de zinc, iones de sodio e iones de litio.

En el caso de las baterías de ion-litio, el equipo fabricó prototipos de celdas tipo pouch con la nueva estructura de electrodos en una línea de producción semiautomatizada instalada en la sala blanca del Laboratorio de Materiales y Producción de Celdas de Batería de Fraunhofer ISE. Según Oliver Fitz, "el concepto de celda también puede adaptarse fácilmente a otras químicas de batería".

Sin PFAS y con menores costes de producción

Los electrodos de las nuevas celdas están libres de PFAS y se fabrican sin utilizar disolventes tóxicos. La nueva arquitectura de celda se ha desarrollado pensando en su futura producción en masa: una posible línea de fabricación de electrodos presenta una complejidad de proceso considerablemente menor que los actuales sistemas de recubrimiento en húmedo, lo que reduce los costes de inversión y los costes operativos gracias a las menores necesidades de espacio y energía.

La tecnología abre la posibilidad, especialmente para pequeñas y medianas empresas, de establecer sus propias instalaciones de producción de celdas de batería en Alemania. Markus Duffner, director ejecutivo de Hechinger, socio industrial del consorcio, señala que "si las próximas etapas de escalado y validación ofrecen perspectivas prometedoras tanto en costes como en prestaciones, podríamos estudiar su industrialización. Vemos un gran potencial en Baden-Württemberg para la producción de baterías destinadas al almacenamiento estacionario".

Proyectos de investigación y financiación

El nuevo diseño de electrodos se desarrolló en el marco de tres proyectos de investigación: VORAN, centrado en baterías innovadoras de iones de sodio para almacenamiento estacionario y aplicaciones móviles, en marcha hasta junio de 2027; INFAB, sobre baterías de iones de zinc para almacenamiento estacionario, ya finalizado; y WinZIB2, sobre un sistema innovador de baterías de iones de zinc de despliegue global, también concluido.

Los trabajos se llevaron a cabo en colaboración con acp systems AG, Helmut Hechinger GmbH & Co. KG, el Instituto de Fotovoltaica de la Universidad de Stuttgart y el Instituto Tecnológico de Karlsruhe/Instituto Helmholtz de Ulm. El Ministerio Federal de Economía y Energía financió los proyectos VORAN e InFAB, mientras que el Ministerio Federal de Educación e Investigación financió el proyecto WinZIB2.

Andreas Bett, director de Fraunhofer ISE, subraya la importancia del almacenamiento estacionario: "En un sistema energético climáticamente neutro basado en fuentes de generación fluctuantes, como la solar y la eólica, el almacenamiento estacionario mediante baterías es un componente fundamental para cubrir los picos de demanda eléctrica de la mañana y la tarde". Además, recuerda que "en California, los sistemas de almacenamiento con baterías ya proporcionan la mayor parte de la electricidad durante las horas de la tarde".