El proyecto Almagrid desarrolla nuevos materiales para baterías de altas prestaciones

La Red de Excelencia Cervera Almagrid es una red reconocida por el Centro para el Desarrollo Tecnológico Industrial (CDTI). Esta red la conforman el Instituto Tecnológico de la Energía (ITE), el Centro de Investigación de recursos y consumos energéticos (Circe), el Centro Tecnológico Tekniker, y Cidetec Energy Storage. Juntos han trabajado durante tres años en el desarrollo de tecnologías avanzadas para el almacenamiento energético y su integración en la red eléctrica.

Dentro de esta red, ITE trabaja en el desarrollo de materiales avanzados para baterías de altas prestaciones, tanto poliméricos como carbonosos, junto con la evaluación del impacto ambiental de las tecnologías abordadas, baterías de litio ión, baterías de zinc aire, y baterías de flujo redox. Su objetivo es el de la integración de tecnologías avanzadas de almacenamiento de energía para aplicaciones de red.

“Las baterías de litio ion desarrolladas en este proyecto incluyen como material anódico materiales compuestos de carbono silicio basados en biocarbones sostenibles, así como membranas poliméricas porosas en base PVdF con porosidad optimizada”, explican a pv magazine desde ITE.

“Las claves de la mejora de las baterías de Li-ion desarrolladas basadas en espinelas de elevado voltaje como LNMO residen en aspectos como la mejora de la seguridad, la ciclabilidad y el control del proceso de disolución del Mn del material activo LNMO y uso de materiales sostenibles”, añaden desde ITE.

Los materiales compuestos de carbono silicio son una opción prometedora para la mejora de la capacidad de los ánodos con respecto a los actuales ánodos de grafito que dominan el mercado. Gracias a la incorporación de silicio es posible aumentar de manera notable la capacidad de los ánodos. Sin embargo, el silicio experimenta grandes cambios de volumen durante el ciclado de la batería. La combinación de silicio con materiales carbonosos dota de estabilidad mecánica a los ánodos, ya que permite que el carbón albergue el cambio de volumen asociado al silicio evitando de esta manera la fractura del ánodo y las consecuencias negativas que ello podría suponer para el funcionamiento de la celda.

Además, el hecho de emplear un carbón procedente de un residuo biomásico dota al diseño de la batería de una mayor sostenibilidad ambiental incidiendo de esta manera en la circularidad de la solución desarollada.

Por otra parte, las membranas desarrolladas persiguen la mejora de las prestaciones de las baterías mediante el control del “leaching” del manganeso. El diseño de membranas con estructura porosa adecuada contribuye a la disminución de dicho proceso, manteniendo al mismo tiempo prestaciones en potencia. Se trata de membranas, además, que gracias a su composición y estructura permiten la mejora de la seguridad de las baterías.

Desde ITE señalan que las nuevas aplicaciones como la electromovilidad o la integración de las renovables demandan nuevas baterías de altas capacidades, “se espera que este mercado en los próximos años crezca de manera exponencial y global, por lo que debemos desarrollar las tecnologías que serán necesarias”, subraya un representante de ITE.

Al mismo tiempo, ITE trabaja en el desarrollo de membranas para las otras tecnologías en estudio, zinc, aire y flujo redox, solventando retos específicos de cada una de ellas.

En el caso de las baterías de zinc aire, por ejemplo, uno de los retos a abordar para mejorar el rendimiento y la vida útil de estas baterías es la entrada de dióxido de carbono atmosférico en el interior de la celda dando lugar a reacciones indeseadas. Por ello, en Almagrid, ITE ha desarrollado membranas líquidas soportadas formadas por una membrana porosa en el interior de cuyos poros se encuentra inmovilizada una fase líquida con capacidad de reacción con el dióxido de carbono. Estas membranas se sitúan en la entrada del aire a las celdas con el objetivo de minimizar la entrada de dióxido de carbono en el sistema.

De forma paralela a todos estos desarrollos se ha llevado a cabo la evaluación del impacto medioambiental de las tres tecnologías mediante la metodología de Análisis de Ciclo de Vida con el objetivo de analizar la sostenibilidad de las nuevas soluciones desarrolladas.

La Red Almagrid ha sido financiada con más de 3,9 millones de euros gracias al Centro para el Desarrollo Tecnológico e Industrial (CDTI) del Ministerio de Ciencia e Innovación de España dentro del Programa Cervera para Centros Tecnológicos.