El Instituto Fraunhofer de Sistemas de Energía Solar (Fraunhofer ISE) ha conseguido incrementar la densidad energética de las celdas de batería entre un 10% y un 15% sin aumentar su peso. El avance se ha logrado mediante una nueva arquitectura de electrodos que triplica el grosor del recubrimiento activo, pasando de los habituales 100-200 micrómetros a 800 micrómetros, según informa El Periódico de la Energía.
Menos colectores de corriente, más material activo
La clave de la innovación reside en reducir el número de colectores de corriente necesarios dentro de la celda. Al aumentar significativamente el grosor de las capas de material activo en ánodo y cátodo, el diseño libera espacio que antes ocupaban los colectores metálicos. «Disponemos de mucho más espacio para el material activo, lo que incrementa la densidad energética», explica Oliver Fitz, responsable del grupo de Tecnología de Celdas de Batería de Fraunhofer ISE.
El equipo ha validado la nueva estructura en celdas de ion-litio tipo pouch, fabricadas con procesos industriales convencionales. Además, el concepto se ha aplicado con éxito a baterías de iones de zinc y de iones de sodio. Los investigadores lograron aumentar la potencia en un 75% frente a electrodos tradicionales, manteniendo alta capacidad de almacenamiento.
Producción sin PFAS ni disolventes tóxicos
Los nuevos electrodos están libres de sustancias perfluoroalquiladas (PFAS) y se fabrican sin disolventes tóxicos. La arquitectura ha sido diseñada pensando en su escalado industrial: la línea de producción de electrodos presenta menor complejidad que los actuales sistemas de recubrimiento en húmedo, lo que reduce tanto la inversión inicial como los costes operativos por menor consumo de espacio y energía.
«Si las próximas etapas de escalado ofrecen perspectivas prometedoras en costes y prestaciones, podríamos estudiar su industrialización», señala Markus Duffner, director ejecutivo de Helmut Hechinger GmbH & Co. KG, socio industrial del consorcio. La empresa ya genera más del 30% de sus ingresos en movilidad eléctrica y ve gran potencial en Baden-Württemberg para producir baterías destinadas al almacenamiento estacionario.
Aplicaciones en movilidad eléctrica y almacenamiento de red
Andreas Bett, director de Fraunhofer ISE, subraya el papel clave del almacenamiento estacionario en sistemas energéticos basados en generación solar y eólica. «En California, los sistemas de almacenamiento con baterías ya proporcionan la mayor parte de la electricidad durante las horas de la tarde. Alemania haría bien en desarrollar capacidad de fabricación para responder a la creciente demanda», afirma.
El desarrollo se ha llevado a cabo en tres proyectos de investigación —VORAN (baterías de iones de sodio), INFAB (iones de zinc) y WinZIB2 (sistema global de iones de zinc)—, financiados por el Ministerio Federal de Economía y Energía (BMWE) y el Ministerio Federal de Educación e Investigación (BMBF) de Alemania. Los prototipos se han fabricado en la sala blanca del Laboratorio de Materiales y Producción de Celdas de Batería del instituto.
El fabricante de maquinaria acp systems AG, también socio del proyecto, está desarrollando los equipos necesarios para producir los electrodos a escala industrial. El Dr.-Ing. Daniel Biro, director del Departamento de Almacenamiento de Energía Eléctrica de Fraunhofer ISE, destaca la colaboración con el Instituto de Fotovoltaica de la Universidad de Stuttgart y el Instituto Tecnológico de Karlsruhe/Instituto Helmholtz de Ulm.
Fuente: El Periódico de la Energía · Documento oficial: enlace · Esta información ha sido elaborada por la redacción de Crux Solar con apoyo de herramientas editoriales automatizadas.