El lado "funky" del desarrollo de las pilas de estado sólido
El diseño de los materiales y las modificaciones de las superficies crean nuevas oportunidades
Las baterías de estado sólido (SSB) se consideran la próxima generación de baterías frente a las convencionales de iones de litio. A pesar de los importantes esfuerzos de investigación, muy pocas SSB están listas para el mercado. En los últimos años se han introducido diversos materiales prometedores, pero persiste uno de los principales retos: la combinación de estos materiales en una celda estable. El consorcio del proyecto FUNCY-SSB (pro-nounced "funky-ssb"), con socios de Alemania, Eslovenia y Noruega, pretende cambiar esta situación en los próximos tres años.
Las baterías de estado sólido (SSB) son especialmente interesantes para el sector de la movilidad, sobre todo por su mayor densidad energética. El componente clave de una SSB de alto rendimiento es el electrolito de estado sólido (SSE). Sin embargo, el uso de SSE plantea nuevos retos relacionados con la conductividad iónica, la procesabilidad, la reciclabilidad y la sostenibilidad. Además, es necesario controlar cuidadosamente la interfaz entre el material activo y el electrolito sólido.
La combinación de electrolitos poliméricos e inorgánicos es un enfoque prometedor para abordar estos retos. Sin embargo, estos electrolitos no pueden crearse simplemente mezclando componentes poliméricos e inorgánicos. El reto de combinar materiales poliméricos e inorgánicos no es sólo la compatibilidad entre todos los componentes, sino también garantizar un buen transporte de litio entre las distintas fases del electrolito. La combinación del diseño de la interfaz con el revestimiento debe mejorar el transporte de litio entre las fases y seguir protegiendo el electrolito de sulfuro, sensible a la humedad. Los componentes deben adaptarse específicamente para permitir un transporte eficaz de iones de litio a través de la SSE en su conjunto.
El diseño de materiales y las modificaciones superficiales crean nuevas oportunidades
El proyecto FUNCY-SSB (FUNctional Coatings of sulfide electrolYtes for lithium Solid-State Batteries) se centra en el desarrollo de SSE sostenibles con un rendimiento electroquímico mejorado para hacer frente a estos retos clave. Se utilizarán recubrimientos superficiales funcionales para crear SSEs mediante una combinación de electrolitos de sulfuro con diversos polímeros. Los recubrimientos inorgánicos producidos por deposición de capas atómicas optimizarán el transporte de iones de litio a través del polímero hacia el electrolito de sulfuro. El objetivo es desarrollar SSE con alta conductividad iónica, mayor estabilidad a la humedad y una ventana de estabilidad electroquímica ampliada mediante un recubrimiento superficial funcional. Esto no sólo mejorará la estabilidad, sino que también aumentará la vida útil y la densidad energética de las baterías.
Actualmente se dispone de pocos datos sobre la reciclabilidad de las ESS y la sostenibilidad de su producción. A menudo, estos aspectos sólo se tienen en cuenta a posteriori, en lugar de evaluarlos y abordarlos durante la fase de desarrollo del material. Durante el proceso de desarrollo del material se llevarán a cabo estudios de reciclado, así como análisis del potencial económico y ecológico, para optimizar las ESS en términos de reciclabilidad y producción sostenible. El potencial de fabricación de los materiales se evaluará en colaboración con socios industriales. Además, FUNCY-SSB utilizará tecnologías semánticas para digitalizar los procesos de síntesis y fabricación de materiales y componentes de baterías, mejorando la interoperabilidad, acelerando el proceso de desarrollo y reduciendo el riesgo de errores.
Un objetivo claro a la vista
"Al final de FUNCY-SSB, pretendemos demostrar un concepto de electrolito en estado sólido que permita mejorar el rendimiento y la sostenibilidad de las baterías. Además, nuestro enfoque del diseño de materiales, que tiene en cuenta la reciclabilidad y la sostenibilidad durante el desarrollo, puede servir de modelo para el diseño de otros electrolitos de estado sólido", resume la Dra. Guinevere Giffin, coordinadora del proyecto y responsable científica del Centro de I+D Fraunhofer Electromobility en Fraunhofer ISC. Una prueba de concepto del nuevo material SSEs en prototipos de celdas de bolsa, que requieren una presión externa reducida durante su uso, mostrará en última instancia la viabilidad del enfoque FUNCY-SSB para el diseño de materiales. Este proyecto fomentará la disponibilidad de materiales y componentes de alta calidad para baterías con propiedades adaptadas. El desarrollo y la comprensión fundamental de los materiales electrolíticos avanzados sostenibles para las baterías de próxima generación mejorarán la competitividad nacional y europea en el campo de la investigación y el desarrollo de baterías.
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