09.09.2021 - Eidgenössische Technische Hochschule Zürich (ETH Zürich)

Baterías para transportar la movilidad hacia el futuro

Las baterías de alto rendimiento son fundamentales para el despliegue completo de la movilidad eléctrica: Paul Baade, becario pionero de la ETH, estudia cómo fabricarlas de forma más rentable

De 0 a 100 km/h en 2,6 segundos. Velocidades máximas de 120 km/h. Todo ello alimentado por una sola batería. Este es "julier", el primer coche de carreras eléctrico que ganó la competición de Fórmula Student en 2013 frente a coches con motores de combustión tradicionales. Paul Baade fue uno de los cerebros de la batería cuando era un estudiante de ingeniería mecánica de 22 años en la ETH de Zúrich. Baade y un equipo de estudiantes de la ETH pasaron todo un año trabajando y poniendo a punto su supercoche, participando en carreras por toda Europa y ganando numerosos premios y reconocimientos.

"Nuestro objetivo era construir el coche más rápido. El peso de la batería marca una gran diferencia", dice Baade al reflexionar sobre el proyecto. Como estudiante universitario en aquel momento, pronto tuvo claro que las baterías de iones de litio serían la clave del futuro de la movilidad eléctrica. Hoy, este alemán de 30 años es un becario pionero de la ETH que investiga cómo fabricar baterías de alto rendimiento de forma más rentable. Al fin y al cabo, los coches eléctricos siguen siendo demasiado caros para sustituir por completo a los modelos con motor de combustión. Y el componente más caro de todos es la batería. "Si queremos alejar el transporte privado de los combustibles fósiles", dice Baade, "necesitamos baterías más baratas y mejores".

Formula Student: una experiencia formativa

La experiencia de participar en la Formula Student, una de las mayores competiciones de ingeniería del mundo, ha tenido un impacto duradero en Baade. Ocho años después, en su laboratorio de Rüschlikon, recuerda esta época con entusiasmo: "Estás en el taller y consigues convertir tus ideas en realidad; instalas piezas que tú mismo has diseñado en el ordenador. Aprendí mucho entonces". Pero hay una pregunta en la que no puede dejar de pensar: ¿Cómo funcionan exactamente las baterías?

Entonces, durante su máster en la ETH, empezó a investigar cada vez más intensamente los materiales utilizados en las baterías. Estudió la micro y nanotecnología para comprender mejor el funcionamiento interno de las baterías. Para su tesis de máster, se trasladó al famoso Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley, donde investigó la aplicación de un tipo especial de dióxido de titanio como material anódico. Incluso construyó una batería con una ventana de cristal para poder observar y analizar mejor el comportamiento de la difusión en su interior, que de otro modo sería difícil de discernir.

Este enfoque práctico es lo que distingue a Baade. Durante sus estudios, siempre estaba desarrollando prototipos y montajes experimentales para poder probar y optimizar las condiciones de inmediato. De este modo, su atención se desplazó cada vez más hacia la ingeniería de procesos y su aplicación práctica. Según Baade, los que no reconocen o entienden suficientemente este aspecto corren el riesgo de perder el tiempo trabajando como esclavos en ideas irreales.

Recubrimiento de alta velocidad

Baade regresó a la ETH en 2016 para realizar sus estudios de doctorado en el Centro de Nanotecnología Binnig y Rohrer, dirigido conjuntamente por la ETH de Zúrich e IBM en Rüschlikon, donde pudo trabajar en la producción de baterías de iones de litio rentables con mayor profundidad. Junto a su supervisora Vanessa Wood, actual vicepresidenta de Transferencia de Conocimientos y Relaciones Corporativas de la ETH, ha estado desarrollando un nuevo proceso de fabricación de baterías de estado sólido.

Baade se centra principalmente en el proceso de recubrimiento. Ha construido una instalación de producción en miniatura para simular y optimizar las condiciones de la vida real con la mayor precisión posible. Baade utiliza su propia instalación de pruebas para demostrar cómo la velocidad de recubrimiento puede duplicarse en comparación con la de una instalación industrial típica aplicando capas más finas. Esta tecnología ofrece un potencial impresionante: no sólo puede multiplicar por diez la producción, reduciendo así considerablemente los costes de producción, sino que también acorta los tiempos de carga, ya que las capas más finas permiten una carga más rápida.

Pero eso no es todo: "Las baterías con electrolitos de estado sólido son las que más se benefician de un recubrimiento más rápido", explica Baade. En la actualidad, la mayoría de las baterías de iones de litio contienen electrolitos líquidos, ya que éstos tienen una mayor conductividad. Pero al mismo tiempo son más inflamables. La técnica de revestimiento más rápida de Baade puede compensar la menor conductividad aplicando capas más finas con mayor rapidez. Esto hace que la batería no sólo sea más eficiente y rentable, sino también más segura.

Del laboratorio a la industria

Pero, ¿cómo sería el proceso de revestimiento de alta velocidad fuera del laboratorio en una instalación de producción real? Esta es la pregunta en la que se centrará Paul Baade durante los próximos dos años como becario Pioneer. "Nuestro siguiente paso es probar la escalabilidad del proceso de producción utilizando una instalación piloto. Por eso estamos buscando socios adecuados", añade el ingeniero.

Baade es optimista en cuanto a que las pruebas del proceso de producción en una instalación piloto conducirán a resultados aún mejores: "Ya hemos sido capaces de producir baterías en nuestras instalaciones de prueba en condiciones bastante realistas. Por lo tanto, nuestras posibilidades de éxito a medida que aumentamos la escala son considerablemente mayores en comparación con las pruebas normales de laboratorio."

Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.

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