Aditivos de carbono conductores más sostenibles para las baterías de iones de litio
Asociación innovadora: investigación, industria y puesta en marcha de baterías ecológicas
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Los aditivos conductores sostenibles y de alta calidad para baterías de iones de litio son una de las claves de la movilidad eléctrica en Europa. Ante la creciente demanda de baterías recargables debido a la transición a los vehículos eléctricos y las energías renovables, el desarrollo de materiales innovadores y respetuosos con el medio ambiente reviste una importancia capital. El proyecto conjunto HiQ-CARB, financiado por la Unión Europea/EIT RawMaterials, ha dado un gran paso adelante en esta tecnología clave para reducirlas emisiones de CO2 en los últimos cuatro años.
La industria europea de baterías necesita materiales sostenibles que satisfagan los crecientes requisitos de rendimiento y minimicen el impacto medioambiental de la producción y el uso de las baterías. El proyecto de investigación HiQ-CARB tiene como objetivo reducir la cantidad de aditivos conductores necesarios en los electrodos de las baterías mediante la combinación de nanotubos de carbono (CNT) y negro de carbono-acetileno a partir de materias primas renovables que ahorren recursos, así como reducir su huella de carbono. Esto permite ahorrar costes y, al mismo tiempo, mejorar el rendimiento electroquímico de las baterías. Los negros de humo conductores que se utilizan habitualmente como aditivos conductores en la producción de electrodos para baterías son de origen fósil y, por tanto, tienen una huella deCO2 desfavorable. El proyecto HiQ-CARB se benefició de un consorcio diverso que aportó conocimientos y recursos únicos. Se han logrado avances significativos en la sostenibilidad y el rendimiento de las baterías de iones de litio. La combinación de negro de acetileno y nanotubos de carbono ha reducido la cantidad de aditivos necesarios, dando lugar a baterías rentables y de alto rendimiento.
Recursos sostenibles y eficiencia de los materiales para un menor impacto ambiental
El trabajo del proyecto hasta la fecha ha incluido el desarrollo de la composición más eficaz para los nuevos aditivos conductores, la ampliación de los procesos de producción, evaluaciones exhaustivas de los materiales y un análisis del ciclo de vida (ACV) realizado por la Universidad de Burdeos. La cooperación con socios como el Instituto Fraunhofer de Investigación sobre Silicatos (ISC), la Universidad Aalto y la empresa de baterías CustomCells Itzehoe GmbH fue crucial para evaluar los materiales tanto en laboratorio como a escala piloto y garantizar su idoneidad para aplicaciones prácticas.
Además de ampliar la producción de carbono, evaluar los materiales y formar a especialistas, los socios del proyecto también se encargaron de desarrollar una estrategia de mercado para transferir los conocimientos adquiridos a la aplicación industrial. Entre los materiales clave figuran las partículas conductoras de negro de humo a base de acetileno producidas por la empresa ORION S. A. y los CNT ahorradores de recursos producidos por la empresa ARKEMA. Ambos materiales pueden producirse en cantidades considerables, desde varias décimas de tonelada hasta miles de toneladas, y han sido evaluados por los socios en cuanto a sus propiedades e impacto ambiental cuando se utilizan en materiales para baterías.
Prueba de éxito: los nuevos aditivos con menor huella deCO2 pueden integrarse en la producción
La combinación de aditivos de carbono permite mejorar las conductividades alcanzables y, por tanto, reducir la cantidad total necesaria en los electrodos de las baterías, lo que contribuye a conseguir baterías de iones de litio más ligeras, rentables y potentes. El socio del proyecto, CustomCells, aportó sus instalaciones de producción para poder utilizar los nuevos aditivos directamente en la producción de baterías en lugar del negro de humo conductor de origen fósil utilizado anteriormente.
"Los aditivos HiQ-CARB basados en carbono pudieron integrarse fácilmente en nuestros procesos de producción actuales sin necesidad de realizar cambios significativos. Conseguimos patrones de recubrimiento muy homogéneos, lo que nos convenció de su calidad", informa Jan Majchel de CustomCells, socio del proyecto. "Como fabricante de baterías con sede en Alemania, CustomCells apoya la idea de un panorama innovador de baterías en Europa con importantes componentes de la región. Estamos encantados con las nuevas oportunidades que ha creado HiQ-CARB".
Cómo se benefician las "baterías verdes" de los resultados del HiQ-CARB
La producción de negro de acetileno se ha ampliado a más de 3.000 toneladas métricas y se han desarrollado nanotubos de carbono más finos para satisfacer los requisitos industriales. Esto ha sentado las bases para una producción de electrodos de baterías más respetuosa con el medio ambiente. Con las nuevas mezclas de aditivos de carbono conductores y más respetuosos con el medio ambiente, los socios del proyecto, Fraunhofer ISC y la Universidad Aalto, desarrollaron recetas de materiales para cátodos de "alta energía" y "alta potencia" y los transformaron en los cátodos correspondientes. La evaluación a escala de laboratorio mostró buenos resultados y, sobre todo, claras ventajas sobre los aditivos conductores convencionales.
Se trazó una hoja de ruta clara para la producción futura de los aditivos de plomo más respetuosos con el clima y de las celdas de batería fabricadas con ellos. La transferencia de formulaciones optimizadas de cátodos a CustomCells garantiza el ensayo y la posible comercialización de estas innovaciones.
La revisión exhaustiva de los estudios de análisis del ciclo de vida (ACV) realizados por la Universidad de Burdeos reveló que la producción del negro de acetileno de ORION tiene un potencial de calentamiento global de sólo unos 1,5 kgde CO2 equivalente por kilogramo (para los expertos: debido principalmente a las emisiones de Alcance 3). Con 3,5 a 3,9 kgde CO2 equivalente por kilogramo, el balance ecológico del negro de humo producido convencionalmente es significativamente mayor. Estos resultados subrayan la necesidad de métodos de producción más sostenibles.
El proyecto también apoyó la formación de especialistas en la cadena de valor de las baterías de iones de litio.
En resumen, el proyecto HiQ-CARB ha contribuido significativamente a promover prácticas sostenibles en la industria de las baterías de iones de litio. El desarrollo y comercialización de aditivos conductores innovadores no sólo mejora el rendimiento de las baterías, sino que también sienta las bases de un ecosistema de fabricación de baterías más respetuoso con el medio ambiente y económicamente viable en Europa. Los socios están decididos a superar los retos pendientes y garantizar el éxito de la introducción de estas innovaciones en el mercado.
Socios
- Instituto Fraunhofer de Investigación sobre Silicatos ISC, Alemania (coordinador del proyecto)
- Universidad Aalto, Finlandia
- Grupo ARKEMA, Francia
- Customcells Itzehoe GmbH, Alemania
- Orion S. A., Alemania
- Universidad de Burdeos, Francia
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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