Las baterías son las impulsoras de la movilidad eléctrica

La batería es el componente clave en la fabricación de un coche eléctrico. Como fuente de energía, es la pieza que determina tanto la autonomía como los costes de un coche eléctrico. Los coches eléctricos actuales se basan en tecnología de iones de litio, que según expertos, no será reemplazada en un futuro cercano. Entre el 60 y el 80 por ciento del valor añadido del sistema de baterías está determinado por las celdas de la batería. La vida útil, la seguridad, los costes y la capacidad de rendimiento de las baterías de iones de litio son, por tanto, el foco de la investigación en movilidad eléctrica.

La TU Berlín es socia de la red de competencia nacional de baterías de iones de litio (KLIB, http://www.klib-org.de/home/), y varias áreas especializadas trabajan intensamente en diferentes aspectos de la batería. Así, el área de manejo y tecnología de montaje forma parte del gran clúster de competencia financiado por el BMBF para la producción de celdas de batería "ProZell" (https://www.prozell-cluster.de/). La ceremonia de apertura de la segunda fase de financiación de esta red de investigación se llevó a cabo los días 13 y 14 de noviembre de 2019 en la TU Berlín. En el clúster participan 26 instituciones de investigación y universidades en 14 ubicaciones en toda Alemania. Más de 100 científicos trabajan en doce proyectos financiados sobre la fabricación de celdas de batería. El objetivo del clúster, en el marco del concepto paraguas del BMBF "Fábrica de investigación de baterías", es mejorar los pasos del proceso de producción de celdas de batería en cuanto a rendimiento, costes y impacto ambiental, así como digitalización y reciclaje para cerrar de manera inteligente los ciclos de valor y materiales.

Procesos de producción más rápidos

"En el proyecto de la TU Berlín 'HoLiB – Procedimiento de alto rendimiento en la fabricación de baterías de iones de litio', estamos desarrollando un método novedoso de alta velocidad. Se investigan múltiples influencias acopladas para entender las relaciones causales y optimizar los límites del proceso", explica el jefe del área, el Prof. Dr. Franz Dietrich, y destaca el potencial de procesos de producción más rápidos y económicos para la penetración económica y social de baterías de alto rendimiento en el mercado mundial.

Duración de las baterías en prueba

La Prof. Dra. Julia Kowal se ocupa de la modelización eléctrica, térmica y de la vida útil de las baterías, así como de su caracterización en cuanto a rendimiento, comportamiento térmico y envejecimiento. "En el futuro, se necesitarán baterías cada vez más ligeras y pequeñas, que tengan mayor capacidad, una vida útil más larga y un menor coste. La caracterización de una celda de batería, en lo que respecta a sus límites de voltaje, corriente y temperatura, así como el diseño del sistema, la formación de modelos, la simulación, el diagnóstico de celdas y la supervisión de celdas, son fundamentales para aumentar la autonomía y la vida útil de los vehículos eléctricos", explica Julia Kowal, jefa del área de tecnología de almacenamiento de energía eléctrica en la TU Berlín. En el proyecto de cooperación SiCWell, con Daimler AG, Solfas GmbH y otras dos áreas de la TU Berlín, la investigadora examina, por ejemplo, la influencia de conmutaciones de alta frecuencia, como las que generan los convertidores, en la vida útil de las baterías. "Los convertidores son circuitos compuestos por interruptores semiconductores que conmutan a alta frecuencia. Con el cambio a semiconductores de carburo de silicio (SiC), los circuitos son más compactos y eficientes, aunque operan a una frecuencia de conmutación más alta. Hasta ahora, no está claro cómo afecta esto a la vida útil de las baterías, y precisamente eso es lo que investigamos en el proyecto".

Detección de defectos en electrodos

El área de materiales cerámicos, dirigida por el Prof. Dr. Aleksander Gurlo, se ocupa de técnicas y procesos para la síntesis de electrodos. Para ello, se emplean procedimientos especiales como el tape casting y el freeze casting. Las competencias específicas de su área se centran en el tratamiento y secado de materiales de baterías, así como en el secado al vacío de materiales de electrodos. "En un proyecto de investigación actual, estamos desarrollando un método de análisis especial para caracterizar defectos en los electrodos de baterías de iones de litio", explica Aleksander Gurlo. En otros proyectos, su equipo investiga nuevos materiales de electrodos. "Por ejemplo, el disulfuro de tungsteno nanostructurado se considera un material prometedor para los electrodos en la era posterior a las baterías de iones de litio. En comparación con otros materiales convencionales, muestra una alta estabilidad electroquímica", señala el científico de materiales.

Plataforma que ofrece una visión general de las materias primas

La Prof. Dra. Vera Rotter, profesora de economía circular y tecnología de reciclaje en la TU Berlín, aborda el tema de la movilidad eléctrica desde otra perspectiva: bajo su colaboración, se creó en el marco del proyecto Horizon 2020 ProSUM la plataforma Urban mine: "En esta plataforma en línea interactiva y de acceso público, se inventarían todos los recursos clave utilizados en Europa, por ejemplo, en baterías de automóviles, teléfonos móviles u otros productos. En total, se trata de unas 450 millones de toneladas de material. Esta visión general permite a los fabricantes, empresas de reciclaje, asociaciones y políticos identificar qué materias primas están presentes o se esperan en Europa en el presente o en el futuro. Esto ayuda a las empresas de reciclaje a planificar mejor los flujos de residuos futuros y a los empresarios a saber dónde pueden adquirir ciertos materiales reciclados en Europa para evitar la producción primaria que perjudica el medio ambiente", explica la profesora.

Para más información, no dude en contactar:

Prof. Dr.-Ing. Franz Dietrich
TU Berlín
Área de manejo y tecnología de montaje
Tel.: 030/314-22014
Correo electrónico: f.dietrich@tu-berlin.de

Prof. Dr.-Ing. Julia Kowal
TU Berlín
Área de tecnología de almacenamiento de energía eléctrica
Tel.: 030/314-25394
Correo electrónico: julia.kowal@tu-berlin.de

Prof. Dr. Aleksander Gurlo
TU Berlín
Área de materiales cerámicos
Tel.: 030/314-23425
Correo electrónico: gurlo@ceramics.tu-berlin.de

Prof. Dr.-Ing. Vera Rotter
TU Berlín
Área de economía circular y tecnología de reciclaje
Tel.: 030/314-28512
Correo electrónico: vera.rotter@tu-berlin.de