Las baterías de iones de litio alimentan todo desde smartphones hasta vehículos eléctricos. Están bien adaptadas para estos trabajos porque son más pequeñas y ligeras, se recargan más rápido y duran más que otras baterías. Pero también son complejas y por tanto difíciles de fabricar, lo que ha estancado la adopción masiva del transporte eléctrico y el almacenaje energético a gran escala.
Yet-Ming Chiang cree que su start-up 24M tiene la respuesta. La clave es un electrodo semisólido. En una batería convencional de iones de litio, múltiples capas finas de electrodos son apiladas o enrolladas en conjunto para producir una célula. "Las baterías de iones de litio son el único producto que yo conozco en el que se apilen tantas finas capas para generar volumen, a excepción del salvo el baklava [NdT: un postre de hojaldre típico de oriente medio]", afirma Chiang, que es cofundador y director científico de 24M y profesor de ciencias de materiales del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT, EEUU). El responsable afirma: "Nuestro objetivo es fabricar una batería de iones de litio mediante el proceso más sencillo posible".
La innovación de Chiang, desarrollada en su laboratorio del MIT, es un electrodo formado al mezclar polvos con un electrolito líquido para crear una especie de lodo pastoso. El diseño permite que 24M aumente la cantidad de material capaz de almacenar energía que contienen sus baterías y dotarlas de entre un 15% y un 25% de capacidad adicional frente a las convencionales baterías de iones de litio del mismo tamaño.
El nuevo diseño también es más rápido y fácil de fabricar. La construcción de las típicas grandes fábricas para producir baterías de iones de litio cuesta alrededor de 90 millones de euros, en parte porque se necesita de máquinas especializadas para recubrir, secar, cortar y comprimir la película de electrodos. Puesto que su electrodo semisólido no requiere estos pasos, 24M afirma que sus baterías podrían ser fabricadas cinco veces más rápido y en plantas mucho más pequeñas.
Si su tecnología triunfa, 24M podría contarse entre las primeras empresas en reducir el coste de las células de baterías de iones de litio hasta cruzar el umbral de los 90 euros por kilovatio-hora, desde los valores actuales que oscilan entre los 180 euros y los 225 euros. Ese es el umbral para que los coches puedan competir con los vehículos de motor de combustión inte a.
Para alcanzar ese objetivo en 2020, 24M tendrá que escalarse desde su planta piloto en Cambridge (EEUU) hasta la fabricación masiva. La empresa tiene planes de construir una fábrica en 2017, probablemente en colaboración con una importante empresa industrial, y de lanzar su primero producto hacia principios de 2018. Espera que las empresas energéticas compren sus baterías para almacenar energía procedente de parques solares y eólicas y suministrar electricidad durante los picos de demanda.
Foto: Un técnico analiza el polvo que se emplea para realizar el lodo que servirá como el cátodo de la batería. El proceso incluye mezclar los materiales en polvo (fosfato de hierro de litio y grafito) con un electrolito líquido propietario. Crédito: Adam de Tour.
Foto: El electrodo semisólido tiene una consistencia parecida a una masa de repostería y puede ser deformado sin perjudicar su rendimiento ni prenderse fuego. La empresa asegura que esta alta "tolerancia a los abusos" convierte su diseño en la "batería de iones de litio más segura jamás fabricada". Crédito: Adam de Tour.
Foto: Esta máquina, desarrollada en 2014 como parte de la línea piloto de fabricación de 24M, produce el ánodo y el cátodo de la batería por separado, para después juntarlos para formar una célula. El proceso dura menos de dos minutos. Crédito: Adam de Tour.
Foto: Primero, la máquina se deshace de los trozos de lámina sobrantes. Entonces la máquina añade el separador de la batería - un plástico poroso que impide cortos de circuito eléctricos - y une el ánodo con su correspondiente cátodo. Esto genera una célula unidad, que contiene todo lo que necesita la batería para operar pero carece del envoltorio final. Crédito: Adam de Tour.
Foto: Las células unidad son apiladas para aumentar la capacidad de la batería. Los técnicos entonces sueldan las pestañas de las células para generar una "célula apilada" y lo sellan al vacío dentro de una bolsa de aluminio. Soldar y empaquetar son dos de los pocos procesos que 24M no ha automatizado en su línea de montaje piloto. Crédito: Adam de Tour.
Foto: Las baterías esperan antes y después de probarse. Sólo lleva un par de horas pasar de materiales en bruto a baterías listas para probarse, según 24M. En una fábrica convencional de baterías de iones de litio ese proceso duraría alrededor de una semana. Crédito: Adam de Tour.
La empresa también está hablando con fabricantes de vehículos eléctricos, pero los considera un objetivo secundario. Es comprensible que Chiang pise ese mercado con cuidado. A123 Systems, una empresa de baterías que cofundó, solicitó al Gobie o las protecciones contra la bancarrota tras gastar demasiado en la construcción de grandes plantas de fabricación de baterías para dar servicio a los fabricantes automovilísticos. En cambio, según Chiang, las tecnologías de fabricación de 24M están diseñadas para ser modulares y escalarse de forma más eficiente cuando haga falta.
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