Electrodos sin cobalto del proyecto hydra: baterías de
litio sin materiales “problemáticos”
El
prototipo piloto de esta batería sostenible no dependiente de materiales “problemáticos”
se está implementando en una batería de barco para después poder trasladarlos a
otros vehículos eléctricos como automóviles, camiones y autobuses.
El Centro Aeroespacial Alemán (DLR) y el instituto
noruego SINTEF, una organización de investigación independiente que realiza
proyectos de investigación, están
desarrollando electrodos sin cobalto y con menos del 85% de materias primas
nocivas para crear baterías de iones de litio sostenibles, que no
dependan de materiales problemáticos.
El
prototipo de demostración se está desarrollando sobre una batería de barco y
sus resultados serán extrapolables a otros vehículos eléctricos como
automóviles, autobuses o camiones.
La investigación es parte del proyecto Hydra, financiado por la Unión Europea,
en el que ambos organismos intervienen junto a varios socios. En total
son doce instituciones de investigación están involucradas en él procedentes de
Italia, Francia, Suecia,
Noruega, Alemania, Rumania, Reino Unido y Bélgica. Su objetivo
desarrollar una nueva generación baterías de iones de litio que utilicen tecnologías de materiales
sostenibles mejorando la capacidad energética y la potencia y reduciendo el coste de
producción. Una de las claves de este proyecto es la combinación de materiales novedosos y
técnicas de fabricación respetuosas con el medio ambiente investigando la fabricación de celdas a
escala piloto con las que desarrollar baterías con una alta densidad energética y una
larga vida útil.
En este contexto, el equipo de investigación ha elegido una batería de barco
para crear un prototipo de demostración en un entorno real. El
conocimiento adquirido con esta unidad piloto es transferible a otros vehículos eléctricos de menor
tamaño, como automóviles, camiones y autobuses eléctricos.
El trabajo
se ha centrado en la sostenibilidad, de manera que los electrodos de las
nuevas celdas deben estar
libres de cobalto, cuyo uso se revela como un problema real. Su empleo implica una cadena de suministro
cuestionable (o incluso poco ética) y además resulta altamente tóxico. Además deben
contener un 85% menos de
materias primas nocivas para el medio ambiente. Según DLR, su
composición debe basarse
en materiales "no problemáticos" como el hierro, el manganeso y el
silicio.
Según indica el director de DLR, Dennis Kopljar, el procedimiento empleado por
los investigadores arranca por el análisis de los procesos electroquímicos
dentro de las nuevas baterías probando su rendimiento y estabilidad a largo
plazo.
Para asegurar que estos procesos sean representativos de un uso práctico, las celdas
se cargan y descargan repetidamente en diferentes condiciones operativas,
por ejemplo, cuando la demanda de energía es alta, durante procesos de carga
particularmente rápidos y a diferentes temperaturas. A continuación, tras cientos de ciclos de carga y
descarga, se miden los cambios en la capacidad de almacenamiento. Por
último, se abren las celdas para observar el estado de su estructura y los
cambios en la composición
de los materiales durante todo el proceso de funcionamiento.
El instituto noruego SINTEF utiliza estos datos de las
pruebas que realiza DLR para
simular los procesos químicos y físicos dentro de la batería. Estos
hallazgos, a su vez, se emplean para ajustar gradualmente los materiales de los electrodos y el diseño
de la celda. Según Kopljar, el procedimiento proporcionará información
para que los ingenieros puedan
diseñar los sistemas de baterías y sus modos de funcionamiento adaptados a cada
aplicación. El proyecto Hydra cuenta con un presupuesto financiado por
la Unión Europea de nueve millones de euros y está previsto que finalice el 31 de agosto de 2024.
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