Las baterías de ion litio son actualmente objeto de investigación en todo el mundo debido a la importancia que este elemento juega en el proceso de transición energética, especialmente en la electrificación del sector de la automoción. Su desarrollo ha experimentado un notable crecimiento en los últimos años puesto que se trata de una de las tecnologías que van a liderar el nuevo paradigma energético y de movilidad.

Según el informe de la Comisión Europea 'Strategic Research Agenda for batteries 2020', se espera que en 2030 la demanda mundial de energía alcance los 2600 GWh, lo que evidencia que es necesario disponer de más baterías, con mayor potencia, procesos de carga más rápidos y mucho más duraderas.

Es en esta cuestión tan importante donde el Instituto Tecnológico de la Energía (ITE) está desarrollando numerosas investigaciones y proyectos, dentro de su línea estratégica de 'Almacenamiento energético y nuevos materiales'.

Uno de los más significativos es PROMET, un proyecto cofinanciado por IVACE y el Fondo Europeo de Desarrollo Regional (FEDER) con expediente IMDEEA/2021/47, que pone el foco en uno de los elementos más complejos de la nueva movilidad: las baterías. Las investigaciones pretenden conocer, mediante el uso de modelos computacionales, cómo alargar su vida útil, dado que uno de los problemas más acuciantes de las baterías de ion litio es su durabilidad. Además, también estudia cómo hacer más eficiente su diseño desde las fases más iniciales sin tener que recurrir a un elevado número de pruebas experimentales, lo que reduce los costes y tiempos de desarrollo.

Los resultados fruto de esta investigación se han materializado en un modelo digital de baterías, que abarca desde una herramienta de simulación del proceso de montaje de una batería, con la integración de las variables en entorno digital que evalúe la calidad del producto final del ensamblado, hasta el modelo de simulación de pérdida de capacidad, que considera el efecto de las condiciones de uso sobre los mecanismos de degradación y sus efectos sobre el comportamiento eléctrico, para la estimación de su vida útil.

Modelos digitales para comprender el funcionamiento de las baterías
Actualmente, estudiar y conocer los fenómenos internos de las baterías que afectan a su degradación y funcionamiento es un reto transversal. Dentro de este ámbito, una de las líneas de trabajo de PROMET ha sido analizar el proceso de degradación de las baterías, tanto para almacenamiento como para su uso. Una vez obtenidas las distintas comparativas de la degradación sufrida en diferentes condiciones, se ha desarrollado un modelo computacional de pérdida de capacidad que recoge todos los resultados considerando diversas variables.

Otra línea de trabajo del proyecto ha abordado el proceso de fabricación de módulos de baterías de ion litio a partir de celdas. Los expertos del ITE han conseguido modelar el proceso en un entorno digital y diseñar una herramienta de simulación del mismo.

Transferencia de resultados al sector del automóvil
Los expertos de ITE han trabajado conjuntamente con la industria del sector de la automoción, así como el sector auxiliar y las sinergias alcanzadas han sido múltiples. Por un lado, PROMET es de gran utilidad para los fabricantes de baterías, puesto que dispone de un servicio de asesoramiento para la simulación del proceso, evaluando las diversas situaciones y variables.

Además, la industria auxiliar también se ve beneficiada, ya que puede recurrir al asesoramiento para el diseño de componentes (como cold plates, intercambiadores, cableado, envolventes, arrays, etc.) sin necesidad de un gran número de costosas pruebas y prototipos de laboratorio. Y, por último, estas investigaciones permiten evaluar económicamente la calidad de baterías comerciales reduciendo la incertidumbre en cuanto a su calidad y vida útil.