Pruebas seguras de baterías sólidas

El mercado de vehículos eléctricos está en auge. Al mismo tiempo, se buscan cada vez más opciones para aumentar la autonomía, reducir los tiempos de carga, mejorar la seguridad y la sostenibilidad. Las baterías de estado sólido podrían reemplazar en el futuro a las baterías de iones de litio convencionales con electrolitos líquidos. Hasta entonces, aún hay varios desafíos que superar y muchas pruebas que realizar. Dado que actualmente no existen normas uniformes al respecto, weisstechnik desarrolla soluciones basadas en su amplia experiencia para armarios de prueba compactos y laboratorios de pruebas que cumplirán de manera fiable con todos los requisitos futuros.

La carrera por el desarrollo ha comenzado

La carrera por la mejor solución para las baterías de estado sólido ya está en marcha. Dependiendo del fabricante, se espera que los primeros vehículos en serie salgan a la venta entre 2025 y 2030. Hasta ahora, solo la empresa francesa Blue Solutions ha presentado una solución lista para la serie, que se utiliza, entre otros, en el Mercedes eCitaro. Actualmente, las empresas de Japón, Corea del Sur, China y EE. UU. se perfilan como principales impulsoras de innovación. Sin embargo, gracias a su larga experiencia en desarrollo automotriz, las empresas alemanas tienen condiciones ideales para contribuir decisivamente al avance de las baterías de estado sólido. La tecnología de pruebas de weisstechnik puede jugar un papel importante en ello.

Campo de innovación: baterías de estado sólido

En contraste con las baterías de iones de litio convencionales con electrolitos líquidos, las baterías de estado sólido (Solid-State Batteries, SSB) utilizan electrolitos sólidos. Actualmente, se investigan varias clases de electrolitos sólidos en cuanto a su rendimiento en celdas completas de SSB. El enfoque principal está en electrolitos sólidos basados en óxidos, sulfuros, polímeros y haluros, así como en soluciones híbridas derivadas de estos. En todas las líneas de desarrollo, es necesario rediseñar la química de la batería y coordinar perfectamente todos los componentes para lograr las propiedades deseadas. Por ejemplo, también se pueden emplear nuevos materiales activos para el ánodo (anode active materials, AAM), como litio metálico y silicio. También se investigan diversas opciones para los materiales activos del cátodo (cathode active materials, CAM).

Ventajas convincentes posibles

La hipótesis de trabajo de numerosos proyectos de investigación es que la combinación óptima de materiales en las baterías de estado sólido ofrece ventajas significativas frente a las baterías de iones de litio con electrolitos líquidos y puede revolucionar de manera sostenible el mundo de la movilidad eléctrica. Las baterías de estado sólido prometen una densidad de energía mucho mayor y una autonomía hasta un 30 % superior, además de un diseño más compacto. Además, dependiendo de la química de la celda, el tiempo de carga puede reducirse notablemente y el número de ciclos de carga y descarga puede superar las 2.000. También, en función de la química de la celda, la baja peligrosidad de las baterías de estado sólido en caso de sobrecalentamiento o accidente, ya que no se escapan componentes líquidos inflamables. Además, su producción puede ser mucho más sostenible, lo que les confiere un potencial de futuro considerable. Sin embargo, es necesario hacer que la fabricación de componentes y la producción de celdas sean escalables y reducir los costes de producción, que actualmente son entre 7 y 8 veces mayores, a un nivel apto para la serie.

La presión de desarrollo es enorme

Actualmente, fabricantes de vehículos, empresas proveedoras, laboratorios de desarrollo y universidades investigan en tecnología de baterías de estado sólido. Para ello, disponen de fondos de investigación considerables: solo VW invertirá más de 300 millones de euros en los próximos años a través de su socio QuantumScape. En Alemania, participan instituciones como el Instituto Fraunhofer, el KIT, el Centro de Investigación Jülich, la TU Braunschweig y el MEET en Münster. Un impulsor de innovación es el Centro Interdisciplinario de Investigación de Materiales (ZfM) en la Universidad Justus-Liebig de Gießen. Con un equipo de aproximadamente 40 personas, el reconocido especialista Prof. Dr. Dr. h. c. Jürgen Janek investiga aquí los fundamentos químicos y físicos y los desafíos de las baterías de estado sólido. Además, coordina las actividades del clúster de competencia para baterías de sólidos (FestBatt), que forma parte del concepto marco "Fábrica de Investigación de Baterías" del Ministerio Federal de Educación e Investigación (BMBF). "Las expectativas del mercado son enormes, y la presión para ofrecer soluciones rápidas también. Por eso, es importante trabajar con tecnología de pruebas que proporcione resultados fiables y precisos", explica el Prof. Dr. Dr. h. c. Jürgen Janek, director general del ZfM y coordinador del clúster FestBatt.

El factor clave: tecnología de pruebas

Con esta presión de desarrollo, también aumentan los requisitos para los proveedores de tecnología de pruebas. Porque las baterías de estado sólido, antes de llegar a la producción en serie, deben someterse a numerosas pruebas. Aunque, en principio, se espera que sean en general menos problemáticas que las baterías de iones de litio convencionales debido a sus propiedades materiales, también poseen una mayor densidad de energía y un potencial de riesgo diferente, por lo que la tecnología de pruebas en materia de seguridad debe adaptarse en consecuencia. Solo así se podrán evaluar de manera integral el rendimiento y la seguridad. Sin embargo, dado que aún no existen normas de prueba específicas ni directrices del fabricante, surge la pregunta de qué pruebas y requisitos son necesarios y qué instalaciones de prueba pueden realizar estas tareas de manera fiable y segura. Aunque su potencial de riesgo es probablemente menor, en pruebas de baterías de sulfuro, por ejemplo, pueden liberarse gases tóxicos y explosivos como el sulfuro de hidrógeno (H2S). Por ello, las instalaciones de prueba deben estar diseñadas para garantizar que no haya peligro para las personas, las instalaciones ni el medio ambiente.

Requisitos para la tecnología de pruebas

Además del posible peligro por emisiones de H2S, las instalaciones de prueba deben tener en cuenta la mayor temperatura de operación que, en algunos casos, requieren las baterías de estado sólido. Independientemente de estas particularidades, se espera que las instalaciones de prueba para baterías de estado sólido tengan requisitos similares o iguales a los de las baterías de iones de litio convencionales en cuanto a pruebas y entornos de prueba. Con el avance de los desarrollos, los contenidos de las normas se irán aclarando de forma progresiva. Esto es importante para que todos los que trabajan en este entorno dinámico puedan contar con una base segura y uniforme, y puedan obtener resultados de prueba comparables.

Actualizaciones para instalaciones existentes

Muchas empresas e instituciones ya disponen de instalaciones de prueba para baterías de iones de litio convencionales. Si estas son de weisstechnik, en la mayoría de los casos pueden actualizarse o ampliarse sin problemas para pruebas con baterías de estado sólido. Por ejemplo, en una cámara de prueba puede bastar con integrar un sistema de detección de H2S con sensor y lámpara de advertencia, y posiblemente una solución adicional de ventilación. Pero también los armarios de prueba ClimeEvent para aplicaciones en laboratorios pueden actualizarse rápida y fácilmente para la mayoría de los requisitos. Para las empresas, las actualizaciones de soluciones de prueba existentes son más sostenibles y rápidas de implementar. Esto les proporciona una ventaja competitiva importante en un entorno de desarrollo altamente dinámico, donde la prioridad es encontrar respuestas confiables lo antes posible y presentar soluciones seguras.

Nuevos armarios y cámaras de prueba

Además de numerosas empresas e instituciones consolidadas, también muchas startups y nuevas empresas investigan en baterías de estado sólido. Muchas de ellas aún no disponen o solo tienen instalaciones de prueba limitadas y dependen de armarios y cámaras de prueba disponibles a corto plazo y que sean seguras de usar. Aquí también, weisstechnik puede ayudar de manera sencilla. Con el kit de niveles de peligro (Hazard Level), se pueden determinar fácilmente los requisitos para las instalaciones de prueba y, tras una evaluación de riesgos, convertir en soluciones estandarizadas o en encargos personalizados. El concepto modular de las soluciones de prueba de weisstechnik facilita y acelera su desarrollo y entrega rápida.

La tecnología de pruebas sigue siendo una cuestión de confianza

La competencia, la experiencia y el servicio son criterios fundamentales para elegir un socio para soluciones de prueba en el sector automotriz. weisstechnik es un especialista experimentado en soluciones de prueba exigentes y lleva más de 20 años activo en el campo de las baterías de iones de litio. Con este conocimiento, la empresa ofrece soluciones de prueba preparadas para el futuro, listas para su uso a corto plazo y que también son rentables a largo plazo. Como líder en innovación en el sector, weisstechnik apoya a las empresas de manera proactiva y altamente flexible, con una red de servicio en todo Alemania y contratos de servicio adaptados a sus necesidades. Esto aumenta la seguridad operativa y permite a las empresas centrarse en su trabajo de desarrollo.