Aunque actualmente las cifras de ventas están estancadas, los coches eléctricos siguen siendo una pieza clave de la revolución del transporte. Las baterías de iones de litio con electrolitos líquidos empleadas en este contexto todavía pueden optimizarse más en términos de autonomía, tiempo de carga, seguridad y sostenibilidad. Por tanto, las baterías de estado sólido se consideran una alternativa prometedora. Weiss Technik promueve su desarrollo con tecnología de cámara seca a medida y conceptos de seguridad innovadores.
Carrera mundial en busca de la mejor solución
Para impulsar el desarrollo de las baterías de estado sólido, es fundamental contar con condiciones estables y fiables durante el proceso de producción. Weiss Technik brinda apoyo a centros de investigación y compañías con soluciones integrales y especializadas en los ámbitos de la deshumidificación, la climatización y la gestión de la seguridad. El experto en simulación ambiental de Reiskirchen realiza una importante contribución al desarrollo, la producción piloto y la posterior fabricación en serie de baterías de estado sólido.
Trabajo pionero en química
Las baterías de estado sólido (Solid-State Batteries, SSB o All-Solid-State Batteries, ASSB) son una evolución de las baterías de iones de litio actuales, con electrolitos sólidos en lugar de líquidos. Para ello, actualmente se está investigando la capacidad de diferentes tipos de electrolitos sólidos. En el foco de atención están los electrolitos sólidos basados en óxidos, sulfuros, polímeros y haluros, así como las soluciones híbridas derivadas de ellos. La química de la batería se debe redesarrollar y todos los componentes deben estar minuciosamente adaptados entre sí. También se utilizan nuevos materiales activos para ánodos (anode active materials, AAM) como el metal de litio y el silicio, así como nuevos materiales activos para cátodos (cathode active materials, CAM).
Aprovechamiento óptimo de las ventajas
Las baterías de estado sólido prometen una densidad energética considerablemente superior y posibilitan hasta un 30 % más de autonomía en un diseño más compacto. Dependiendo de la química de las celdas, las baterías de estado sólido pueden reducir notablemente los tiempos de carga, aumentar el número de ciclos de carga y disminuir el riesgo de incendio por sobrecarga o accidente, ya que no contienen líquidos inflamables. A su vez, las baterías de estado sólido pueden producirse de un modo mucho más sostenible. Por lo tanto, tienen un gran potencial de futuro, siempre que se consiga hacer escalable la fabricación de componentes y la producción de celdas, así como reducir los actuales costes de producción, que son de siete a ocho veces superiores, a un nivel competitivo.
Un cambio radical que va más allá de la movilidad eléctrica
El ingeniero de ventas Bahattin Celik y el director de proyecto Stjepan Jurisic de Weiss Technik también reconocen el gran potencial de las baterías de estado sólido. «Actualmente, la movilidad eléctrica es únicamente el catalizador de la innovación. Las baterías de estado sólido son verdaderos multitalentos que pueden resolver muchos problemas de las baterías de iones de litio convencionales», explica Celik. Su uso es prácticamente viable en todos los ámbitos, desde vehículos eléctricos hasta maquinaria, drones y electrodomésticos. Los expertos de Weiss Technik prevén que se impondrán variantes de baterías de estado sólido con química de celda específica para diferentes requisitos.
Garantizar la seguridad en la investigación y el desarrollo
Cuando se trabaja con baterías de estado sólido también se requieren condiciones climáticas rigurosamente controladas en cámaras secas y conceptos de seguridad adecuados. En comparación con la producción de baterías con electrolitos líquidos, los requisitos son considerablemente más exigentes. «Las variaciones en las condiciones climáticas durante la fabricación, particularmente de la humedad, pueden deteriorar la calidad de las baterías y afectar negativamente a su rendimiento y durabilidad. En el peor de los casos, puede poner en peligro la vida», explica Jurisic. En consecuencia, para una fabricación constante y segura con la máxima calidad, es esencial una tecnología climática fiable y eficiente, centrada principalmente en la deshumidificación del aire.
Secado selectivo por adsorción
El requisito previo para una producción segura de celdas de baterías de estado sólido es un sistema de cámara seca integral con aire extremadamente seco. De lo contrario, los materiales empleados pueden reaccionar con el agua, liberando gases altamente inflamables como ácido fluorhídrico (HF) y sulfuro de hidrógeno (H2S). Para evitar esta reacción, se necesitan puntos de rocío extremadamente bajos, de -50 °C a -60 °C. «Es un secado del aire que alcanza hasta los límites de lo físicamente posible», explica Bahattin Celik. Weiss Technik garantiza la sequedad por medio de secadores de adsorción. En primer lugar, varios rotores impregnados de silicato retienen la humedad del aire. "Después, una parte del aire deshumidificado se vuelve a calentar y se dirige como aire de regeneración a través del rotor, eliminando la humedad y expulsándola hacia el exterior. El proceso se puede controlar con precisión para que la humedad del aire se pueda mantener constantemente baja.
Eficiencia energética a medida
El secado por adsorción es un proceso que consume mucha energía. «No obstante», según Jurisic, «logramos encontrar soluciones para mantener la huella de CO2 de las instalaciones lo más baja posible». Weiss Technik emplea todas las fuentes de energía alternativas disponibles para una eficiencia energética óptima. Puede ser energía eólica, hidroeléctrica o instalaciones fotovoltaicas, así como bombas de calor de alta temperatura, calor residual o vapor caliente de empresas de producción. Además, con medidas especiales para el acondicionamiento de aire exterior y de regeneración también se puede reducir en mayor medida el consumo energético.
Desarrollo específico de conceptos de seguridad
El aire seco constituye la base fundamental para la investigación y fabricación segura de celdas de batería. También son necesarias amplias medidas de seguridad en la cámara seca sellada herméticamente para proteger a personas, equipos y materiales en caso de una emergencia. Weiss Technik colabora con los clientes en la realización de evaluaciones de riesgos y crea conceptos de seguridad individualizados. Entre las posibles medidas de seguridad se incluyen sensores de H2S con alarmas acústicas y ópticas, sistemas para interrumpir la liberación de H2S y métodos para la rápida evacuación del gas. Weiss Technik también apoya la formación de los empleados en el manejo de H2S y proporciona información sobre accidentes. Considerando el riesgo de explosión del sulfuro de hidrógeno en ciertas circunstancias, Weiss Technik asesora en la aplicación de medidas de protección contra explosiones conforme a las directrices ATEX.
Weiss Technik: la experiencia nos da ventaja
«La creación de conceptos de seguridad para baterías de estado sólido es realmente un reto», subraya Celik. «Cada cliente presenta requisitos específicos que requieren el desarrollo de nuevos escenarios». Weiss Technik ha adquirido una considerable experiencia en la implementación de sistemas de cámara seca para la fabricación de celdas de batería a través de numerosos proyectos para reconocidos fabricantes de automóviles alemanes e instituciones de investigación. Según Jurisic, lo crucial es considerar el proyecto de manera holística, teniendo en cuenta todos los aspectos de seguridad y eficiencia: «La seguridad siempre es la prioridad principal. Sobre esa base, desarrollamos soluciones inteligentes, como la combinación de sistemas, lo que también reduce costes».
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