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.

El cobalto es un material problemático en su proceso de extracción.

El proceso de investigación: ciclos de carga y descarga en todas las condiciones posible

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.