El mercado de vehículos eléctricos está en expansión. Al mismo tiempo, se buscan constantemente nuevas posibilidades para aumentar la autonomía, reducir los tiempos de carga, aumentar la seguridad y mejorar la sostenibilidad. Las baterías de estado sólido podrían sustituir en el futuro a las baterías convencionales de iones de litio, basadas en electrolito líquido. Hasta entonces, aún quedan algunos retos por superar y muchos ensayos por realizar. Puesto que todavía no existen normas homogéneas al respecto, weisstechnik se basa en sus muchos años de experiencia para desarrollar soluciones para cámaras de ensayos y laboratorios de pruebas compactos que cumplan con fiabilidad todos los requisitos futuros.
La carrera de desarrollo ha comenzado
La carrera por encontrar la mejor solución para las baterías de estado sólido hace tiempo que empezó. Según el fabricante, se espera que los primeros coches de serie salgan de la cadena de producción entre 2025 y 2030. No obstante, hasta la fecha solo la empresa francesa Blue Solutions ha presentado una solución lista para la producción, utilizada en el Mercedes eCitaro, entre otros vehículos. Como impulsoras de la innovación se perfilan actualmente sobre todo empresas de Japón, Corea del Sur, China y Estados Unidos. Sin embargo, a la vista de sus muchos años de experiencia en el desarrollo de automóviles, las empresas alemanas están en una posición ideal para contribuir de manera decisiva al éxito de las baterías de estado sólido. En este sentido, la tecnología de ensayo de weisstechnik puede desempeñar un papel importante.
Ámbito de innovación de las baterías de estado sólido
A diferencia de las baterías de iones de litio convencionales con electrolitos líquidos, las baterías de estado sólido (Solid State Batteries, SSB) funcionan con electrolitos sólidos. Actualmente se están investigando el rendimiento de diversas clases de electrolitos sólidos en celdas completas de SSB. En el foco de atención están principalmente los electrolitos sólidos basados en óxidos, sulfuros, polímeros y haluros, y en las soluciones híbridas derivadas de ellos. En todas las líneas de desarrollo es necesario volver a desarrollar la química de la batería y coordinar perfectamente todos los componentes entre sí para lograr las propiedades deseadas. Por ejemplo, también pueden utilizarse nuevos materiales activos anódicos (Anode Active Materials, AAM), como el metal de litio y el silicio. También se están investigando diversas opciones para los materiales catódicos activos (Cathode Active Materials, CAM).
Ventajas convincentes viables
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 basadas en electrolitos líquidos y puede revolucionar el mundo de la movilidad eléctrica en el largo plazo. Las baterías de estado sólido, por ejemplo, prometen una densidad energética mucho mayor y hasta un 30 % más de autonomía con un diseño más compacto. Asimismo, dependiendo de la química de la celda, el tiempo de carga puede reducirse de manera notable y el número de ciclos de carga aumentar a más de 2000. La química de la celda también ofrece un bajo riesgo de incendio de las baterías de estado sólido en caso de embalamiento térmico debido a una sobrecarga o un accidente, ya que no se producen fugas de componentes líquidos inflamables. Asimismo, pueden producirse de forma mucho más sostenible y, por tanto, tienen un importante potencial de futuro. No obstante, hay que conseguir hacer escalable la fabricación de componentes y la producción de celdas para reducir así los actuales costes de producción, entre 7 y 8 veces superiores, a un nivel adecuado para la producción en serie.
La presión del desarrollo es enorme
Fabricantes de vehículos, empresas suministradoras, laboratorios de desarrollo y universidades investigan actualmente la tecnología de las baterías de estado sólido. Esta investigación está respaldada por cuantiosos fondos: solo VW invertirá 300 millones de euros en los próximos años a través de su socio de cooperación QuantumScape. En Alemania, los Institutos Fraunhofer, el KIT, el Centro de Investigación Jülich, la Universidad Técnica de Braunschweig y el MEET de Münster son algunas de las partes implicadas en el tema. Uno de los impulsores de la innovación es el Centro interdisciplinar de Investigación de Materiales (ZfM) de la Universidad Justus Liebig de Gießen. El Prof. Dr. h. c. Jürgen Janek, especialista reconocido internacionalmente, y su equipo de unos 40 miembros investigan los principios y retos químicos y físicos de las baterías de estado sólido. Asimismo, coordina las actividades del clúster de competencias para baterías de estado sólido (FestBatt), integrado en el concepto paraguas «Fábrica de investigación de baterías» del Ministerio Federal de Educación e Investigación (BMBF). „Las expectativas del mercado son enormes, como también lo es la presión para ofrecer soluciones rápidas. Por este motivo es importante trabajar con una tecnología de ensayo que ofrezca resultados fiables y precisos», explica el Prof. Dr. h. c. Jürgen Janek, director gerente del ZfM y coordinador del clúster FestBatt.
La tecnología de ensayo como factor de éxito
Esta presión de desarrollo también aumenta las exigencias a los proveedores de tecnologías de ensayos, ya que las baterías de estado sólido también tienen que someterse a numerosos ensayos antes de que puedan producirse en serie. Por una parte, se puede suponer que, en general, son menos problemáticas que las baterías de iones de litio convencionales gracias a sus propiedades de materiales. Por otra parte, tienen una densidad de energía superior y, en consecuencia, un potencial de peligro diferente, al que debe adaptarse la tecnología de ensayo en el contexto de los dispositivos de seguridad. Solo entonces se podrá someter a pruebas exhaustivas el rendimiento y la seguridad. No obstante, como todavía no existe una norma de ensayo relacionada con la aplicación ni especificaciones de los fabricantes, surge la cuestión de qué ensayos deben realizarse con qué requisitos y qué sistemas de ensayos pueden realizarlos de forma fiable y segura. Esto se debe a que, a pesar de su presumible menor potencial de peligro, es posible que se produzcan desgasificaciones tóxicas y explosivas de ácido sulfhídrico (H2S) en los ensayos de baterías de estado sólido basadas en sulfuro, por ejemplo. Por tanto, los dispositivos de ensayo deben diseñarse de modo que no surjan peligros para las personas, los sistemas de ensayos y el medio ambiente.
Exigencias a la tecnología de ensayo
Además del potencial peligro por desgasificación de H2S, los dispositivos de ensayo también deben tener en cuenta la temperatura de funcionamiento más elevada que a veces requieren las baterías de estado sólido. Con independencia de las características especiales mencionadas, cabe esperar que los sistemas de ensayos para baterías de estado sólido tengan los mismos o similares requisitos de ensayo y entornos de ensayo que las baterías de iones de litio convencionales. Y a medida que avance el desarrollo, el contenido de las normas se irá aclarando sucesivamente. Esto es importante para que todos los que trabajan en este entorno dinámico puedan utilizar una base segura y uniforme y ofrecer resultados de ensayo comparables.
Modernización de los sistemas existentes
Muchas empresas y organizaciones ya cuentan con sistemas de ensayos para baterías de iones de litio convencionales. Siempre que sean de weisstechnik, en la mayoría de los casos se pueden convertir o ampliar fácilmente para pruebas con baterías de estado sólido. En una cámara de ensayos, por ejemplo, puede bastar con integrar un dispositivo de aviso de H2S con sensor y lámpara de advertencia y, dado el caso, una solución de ventilación adicional. No obstante, las cámaras de ensayos ClimeEvent en el entorno de laboratorio también se pueden adaptar rápida y fácilmente para cumplir la mayoría de los requisitos. Para las empresas, las modernizaciones de soluciones de ensayo existentes pueden realizarse de forma más rápida y sostenible. Esto proporciona a sus usuarios una importante ventaja competitiva en un entorno de desarrollo altamente dinámico, donde es importante encontrar respuestas relevantes y presentar soluciones seguras lo antes posible.
Nuevas cámara de ensayos y cámaras
Aparte de numerosas empresas e instituciones establecidas, muchas empresas jóvenes y start-ups también realizan investigaciones sobre las baterías de estado sólido. A menudo aún no cuentan con sistemas de ensayos propios, o solo de forma limitada, por lo que dependen de cámaras de ensayos que estén disponibles a corto plazo y puedan utilizarse con seguridad. También en este caso, weisstechnik puede ofrecer una ayuda sencilla. Con el sistema modular de niveles de peligro existente, los requisitos de los equipos de ensayos pueden determinarse fácilmente y aplicarse en soluciones estandarizadas o productos especiales individuales tras una evaluación de riesgos. A su vez, el concepto básico modular de las soluciones de ensayo de weisstechnik facilita y agiliza su rápido desarrollo y entrega.
La tecnología de ensayos sigue siendo una cuestión de confianza
La competencias, la experiencia y el servicio son criterios fundamentales para la elección de un socio para soluciones de ensayo en el ámbito de la automoción. weisstechnik es un especialista experimentado en soluciones de ensayo sofisticadas y opera desde hace más de 20 años en el campo de las baterías de iones de litio. Con sus conocimientos, la empresa ofrece soluciones de ensayo preparadas para el futuro, listas para ser utilizadas en poco tiempo y rentables en el largo plazo. Como líder de la innovación en el sector, weisstechnik también apoya a las empresas de forma proactiva y muy flexible con una red nacional de servicio en toda Alemania y contratos de servicio personalizados. Esto aumenta la seguridad operativa y permite a las empresas concentrarse en su trabajo de desarrollo.
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