Batería de silicio de laboratorio conserva el 83 % tras 1.000 ciclos

Cargar, descargar, repetir: tras 1.000 ciclos, las celdas de bolsa ricas en silicio de Fraunhofer ISE seguían conservando más del 83 % de su capacidad original. El instituto presenta el resultado obtenido con celdas de 25 Ah fabricadas en su sala limpia de Friburgo, Alemania, en una línea de producción semiautomática y con láminas de electrodo disponibles comercialmente.

Las celdas combinan un ánodo de silicio-carbono y grafito con un cátodo de níquel, manganeso y cobalto (NMC) rico en níquel. El compuesto de silicio-carbono representa el 51 % del material activo del ánodo. Los ánodos alcanzaron más de 1.000 mAh/g, una medida de la carga que el material almacena por gramo. La vida útil en ciclos es el obstáculo que ha impedido que el silicio llegue a la producción en masa. Lukas Dold, responsable del equipo de tecnología de materiales para baterías y escalado en Fraunhofer ISE, explicó que más de 1.000 ciclos con una retención de al menos el 80 % se considera un objetivo de rendimiento importante.

Las celdas alcanzaron 280 Wh/kg a nivel de celda, una cifra medida en el formato de investigación no optimizado PrecISE del instituto. Dold afirmó que se espera que un formato de bolsa optimizado industrialmente alcance unos 330 Wh/kg. Se trata de una previsión, no de una medición, y el instituto no ofrece ninguna fecha para ello.

La presión resultó ser un factor decisivo. Las celdas se sometieron a ciclos con dos presiones de contacto axiales, de 300 kPa y de 1.000 kPa, y la cifra del 83 % solo corresponde a las celdas de 1.000 kPa. A 300 kPa, Marc Kissling, responsable del grupo de producción y evaluación tecnológica de celdas de batería, señaló que la capacidad útil disminuyó significativamente más deprisa, sobre todo durante el funcionamiento a 1C, es decir, cargando o descargando toda la capacidad en una hora. Fraunhofer ISE no publicó una cifra de retención para esas celdas. El instituto también comprobó que, a medida que envejecían, la capacidad medida a tasas de descarga bajas se alejaba de la capacidad disponible durante los ciclos habituales a 1C, por lo que considera que las condiciones reales de funcionamiento deben valorarse junto con la retención.

Para los fabricantes de automóviles, los operadores de redes eléctricas y las empresas aeroespaciales, la promesa es una batería que almacene más energía con la misma masa. Los socios citan como objetivo el almacenamiento estacionario de los excedentes de energía solar y eólica, junto con la movilidad eléctrica y la aeronáutica. El proyecto StrOboBatt, dirigido por PCC Thorion junto con Fraunhofer ISE, Glatt Ingenieurtechnik, LG Chem Europe, E-Lyte Innovations y UniverCell Holding, tiene una duración prevista de tres años y ha recibido 2,6 millones de euros de financiación federal. Fraunhofer ISE sostiene además que los compuestos de silicio-carbono podrían reducir la dependencia mundial del grafito y trasladar parte de la cadena de valor de las materias primas a la Unión Europea. Estos beneficios dependen de que llegue el formato industrial de 330 Wh/kg y de que las celdas resistan fuera de una sala limpia, algo que el instituto todavía no ha demostrado.