Fraunhofer desarrolla baterías de zinc más rentables y respetuosas con el medio ambiente que las baterías de iones de litio

Las baterías de iones de litio son el último grito en materia de almacenamiento de energía estacionaria, pero algunos aspectos de la extracción de la materia prima son controvertidos debido a problemas medioambientales y sociales. Por ello, el Instituto Fraunhofer de Sistemas de Energía Solar ISE ha unido fuerzas con sus socios en el proyecto INFAB para investigar una tecnología alternativa basada en baterías de iones de zinc. El proyecto abarcó todas las etapas del proceso, desde el desarrollo de la química de las celdas y los procesos de fabricación hasta el sistema de gestión de baterías.

Los retos actuales de la investigación en el campo de las baterías estacionarias se encuentran en los ámbitos conflictivos de la seguridad, la durabilidad, los costes de inversión y los costes de almacenamiento específicos de la aplicación (Levelized Cost of Energy Storage, LCOS), la disponibilidad de materias primas y la compatibilidad medioambiental y social a lo largo de todo el ciclo de vida del producto.

"El proyecto de investigación INFAB se centra en la tecnología de baterías de iones de zinc de alto rendimiento. Destaca por la sencillez de la estructura del sistema combinada con un alto nivel de seguridad, componentes de batería no tóxicos y la posibilidad de extracción de materias primas respetuosas con el medio ambiente y la sociedad dentro de la UE. La tecnología también ofrece el potencial de unos costes bajos por kilovatio hora", explica el director del proyecto Harald Gentischer.

Química celular innovadora

Los socios del proyecto INFAB han desarrollado una química celular innovadora con electrolitos a base de agua, que constituye la base de la arquitectura de un sistema de batería de iones de zinc estacionario. La Universidad de Stuttgart fue la responsable de modelar la tecnología de las celdas de la batería de iones de zinc. El equipo del proyecto se centró en una estructura modular universal con interconexión bipolar, que permite un desmontaje sencillo para su posterior reciclaje.

Una innovación son las estructuras de electrodos porosos desarrolladas por Fraunhofer ISE en el proyecto basadas en un proceso de recubrimiento en seco que permite alcanzar altos espesores de recubrimiento a escala milimétrica. "A diferencia del estado actual de la técnica, que consiste en un recubrimiento húmedo a base de disolventes, aquí se puede prescindir del proceso de secado, que es complejo y consume mucha energía", afirma Harald Gentischer.

El socio del proyecto, acp systems AG, desarrolló las innovadoras celdas y módulos de batería, así como la tecnología de producción para los módulos de batería de zinc-ion. Helmut Hechinger GmbH fue responsable de la planificación de la producción y del desarrollo de los sistemas de gestión de baterías.

Al final del proyecto se construyeron y caracterizaron con éxito los prototipos de celdas y pilas de baterías para aplicaciones de almacenamiento de electricidad estacionario en el nivel de tensión de 48 V. "Pudimos demostrar un alto potencial de reducción de costes en comparación con las tecnologías de la competencia, especialmente la batería de iones de litio con cátodos LFP. Todavía existen desafíos en lo que respecta a la densidad energética y la estabilidad a largo plazo de las baterías de iones de zinc", afirma Oliver Fitz, jefe de grupo de tecnología de celdas de baterías en Fraunhofer ISE.

En proyectos de seguimiento, el consorcio está planeando más investigaciones sobre química celular orgánica y basada en agua para baterías de iones de zinc y baterías de iones de sodio.