El mercado de vehículos eléctricos está en auge. Simultáneamente, se buscan nuevas soluciones para aumentar el alcance de conducción, reducir los tiempos de carga, aumentar la seguridad y mejorar la sostenibilidad. Las baterías de estado sólido tienen el potencial de reemplazar las baterías de ion de litio convencionales con electrolito líquido en el futuro. Hasta entonces, todavía hay algunos desafíos por superar y muchas pruebas por realizar. Como actualmente no hay estándares uniformes en este campo, Weiss Technik está utilizando su experiencia de muchos años para desarrollar soluciones para gabinetes de prueba compactos y laboratorios de pruebas que cumplan de manera confiable con todos los requisitos futuros.
La carrera del desarrollo ha comenzado
La carrera por encontrar la mejor solución para las baterías de estado sólido comenzó hace mucho tiempo. Dependiendo del fabricante, se espera que los primeros autos de producción salgan de la línea de ensamblaje entre 2025 y 2030. Sin embargo, hasta ahora, solo la empresa francesa Blue Solutions ha presentado una solución lista para la producción en serie y utilizada en vehículos como el Mercedes eCitaro. Empresas de Japón, Corea del Sur, China y Estados Unidos son actualmente los principales impulsores de la innovación. Dada su experiencia de muchos años en el desarrollo automotriz, sin embargo, las empresas alemanas están idealmente posicionadas para hacer contribuciones decisivas al éxito de las baterías de estado sólido. La tecnología de prueba de Weiss Technik puede desempeñar un papel importante en esto.
Innovaciones en las baterías de estado sólido
A diferencia de las baterías de ion de litio convencionales con electrolitos líquidos, las baterías de estado sólido (SSB) funcionan utilizando electrolitos sólidos. Actualmente, se están investigando diferentes clases de electrolitos sólidos con respecto a su rendimiento en celdas de SSB completas. El enfoque se centra principalmente en electrolitos sólidos basados en óxidos, sulfuros, polímeros y haluros, y las soluciones híbridas que se pueden derivar de ellos. La química de la batería debe ser rediseñada en todas las líneas de desarrollo y cada componente debe estar perfectamente coordinado para lograr las propiedades deseadas. Por ejemplo, también podrían usarse nuevos materiales activos de ánodo (AAM) como el litio metálico y el silicio. También se están explorando varias opciones con respecto a los materiales activos del cátodo (CAM).
Se pueden lograr ventajas impresionantes
Numerosos proyectos de investigación trabajan bajo la suposición de que la combinación ideal de materiales en las baterías de estado sólido ofrecerá ventajas significativas sobre las baterías de ion de litio con electrolito líquido y puede revolucionar el mundo de la electromovilidad a largo plazo. Las baterías de estado sólido prometen una densidad de energía significativamente más alta y un rango más largo de hasta un 30 % mientras también son más compactas. Dependiendo de la química de la celda, el tiempo de carga también puede reducirse significativamente y el número de ciclos de carga puede aumentar a más de 2,000. La química de la celda también contribuye al bajo riesgo de incendio de las baterías sólidas en caso de un sobrecalentamiento causado por una sobrecarga o un accidente, ya que no pueden escapar componentes líquidos inflamables. También se pueden producir de una manera mucho más sostenible y, por lo tanto, tienen un considerable potencial futuro. Sin embargo, la producción de los componentes y la producción de la celda deben hacerse escalables y los costos de producción, que actualmente son de 7 a 8 veces más altos, deben reducirse a un nivel adecuado para la producción en serie.
La presión del desarrollo es enorme
La tecnología de baterías de estado sólido está siendo investigada actualmente por fabricantes de vehículos, proveedores, laboratorios de desarrollo y universidades. Hay considerables fondos disponibles para esto: VW solo invertirá 300 millones de euros en los próximos años a través de su socio QuantumScape. En Alemania, los institutos Fraunhofer y el KIT, así como el Forschungszentrum Jülich, la TU Braunschweig y el MEET en Münster, entre otros, se han comprometido a abordar este problema. Las innovaciones también son impulsadas por el interdisciplinario Zentrum für Materialforschung (ZfM) (Centro de Investigaciónde Materiales) en la Universidad Justus Liebig en Gießen. Con su equipo de alrededor de 40 personas, el especialista de renombre internacional Prof. Dr. Dr. h. c. Jürgen Janek está llevando a cabo investigaciones sobre los principios químicos y físicos y los desafíos de las baterías de estado sólido. También coordina las actividades del Competence Cluster for Solid State Batteries (FestBatt), que está integrado en el concepto paraguas “Battery Research Factory” del Ministerio Federal de Educación e Investigación (BMBF). “Las expectativas en el mercado son enormes, la presión para ofrecer soluciones rápidas es enorme. Por lo tanto, es importante trabajar con tecnología de prueba que entregue resultados confiables y precisos”, explica el Prof. Dr. Dr. h. c. Jürgen Janek, Director Ejecutivo del ZfM y coordinador del cluster FestBatt.
La tecnología de prueba como factor de éxito
La presión sobre el desarrollo también está aumentando las demandas a los proveedores de tecnología de prueba. Esto se debe a que incluso las baterías de estado sólido deben someterse a numerosas pruebas antes de estar listas para la producción en serie. Aunque podemos suponer que sus propiedades materiales las hacen menos problemáticas que las baterías de ion de litio convencionales, también tienen una mayor densidad de energía y, por lo tanto, un diferente potencial de peligro, lo que significa adaptar la tecnología de prueba para dispositivos de seguridad. Solo entonces se puede probar de manera integral el rendimiento y la seguridad. Sin embargo, como todavía no existen estándares de prueba relacionados con la aplicación o especificaciones del fabricante, surge la pregunta: ¿Qué pruebas son necesarias y con qué requisitos y qué instalaciones de pruebas pueden hacer esto de manera confiable y segura? A pesar de su presunto menor potencial de peligro, la emisión tóxica y explosiva de sulfuro de hidrógeno (H2S) todavía es posible durante las pruebas de baterías de estado sólido basadas en sulfuro. Por lo tanto, los sistemas de prueba deben diseñarse para prevenir peligros para las personas, el equipo de prueba y el medio ambiente.
Requisitos para la tecnología de prueba
Además del posible peligro de emisión de H2S, las instalaciones de prueba también deben tener en cuenta las temperaturas de funcionamiento más altas que a veces requieren las baterías de estado sólido. Independientemente de las características únicas mencionadas anteriormente, esperamos que las instalaciones de prueba para baterías de estado sólido tengan los mismos o similares requisitos y entornos de prueba que las baterías de ion de litio convencionales. El contenido de los estándares se volverá más claro gradualmente a medida que avancen los desarrollos. Esto es crucial para asegurar que todos dentro de este campo dinámico tengan una base confiable y consistente para entregar resultados de prueba comparables.
Actualizaciones para sistemas existentes
Muchas empresas e instituciones ya tienen instalaciones de prueba para baterías de ion de litio convencionales. En la mayoría de los casos, aquellas de weisstechnik se pueden convertir o actualizar fácilmente para probar baterías sólidas. Por ejemplo, una cámara de prueba puede requerir solo la integración de un dispositivo de detección de H2S con sensor y lámpara de advertencia y, si es necesario, una solución adicional de ventilación. Incluso las cámaras de prueba ClimeEvent para aplicaciones de laboratorio pueden ser adaptadas rápidamente y fácilmente para cumplir con la mayoría de los requisitos. La actualización de soluciones de prueba existentes es más sostenible y rápida para las empresas. Esto brinda a los usuarios una ventaja competitiva esencial en el campo altamente dinámico del desarrollo, donde el objetivo es encontrar respuestas significativas y presentar soluciones seguras lo más rápido posible.
Nuevos gabinetes y cámaras de prueba
Muchas empresas jóvenes y startups también están investigando sobre baterías de estado sólido además de las numerosas empresas e instituciones establecidas. A menudo, carecen o solo tienen instalaciones de prueba limitadas y, por lo tanto, dependen de gabinetes de prueba y cámaras de prueba que estén disponibles de manera rápida y segura para usar. weisstechnik ofrece una solución sencilla a este problema. Los requisitos para el equipo de prueba pueden determinarse fácilmente con el kit de módulos existente para niveles de peligro y, después de una evaluación de riesgos, pueden implementarse en soluciones estandarizadas o productos personalizados individuales. El concepto modular básico de las soluciones de prueba de weisstechnik simplifica y acelera su diseño y entrega rápida.
La tecnología de prueba sigue siendo una cuestión de confianza
Cuando se trata de elegir un socio para soluciones de prueba en el sector automotriz, la competencia, la experiencia y el servicio son criterios clave. weisstechnik son especialistas experimentados en soluciones de prueba sofisticadas y han estado activos en el campo de las baterías de iones de litio durante más de 20 años. Este conocimiento permite a la empresa ofrecer soluciones de prueba a prueba de futuro que pueden implementarse a corto plazo y dar resultados a largo plazo. Como líder innovador en la industria, weisstechnik brinda a las empresas un soporte de servicio proactivo y altamente flexible a través de una red de servicio nacional y contratos de servicio personalizados. Esto aumenta la seguridad operativa y permite a las empresas concentrarse en su trabajo de desarrollo.