Una cadena de herramientas de modelización fomenta las baterías de iones de litio de alto rendimiento
Las baterías de iones de litio han revolucionado la energía sostenible y constituyen la fuente de energía preferida para diferentes aplicaciones como, por ejemplo, los vehículos eléctricos. Esto se debe sobre todo a su alta densidad energética, larga vida útil, baja velocidad de autodescarga y alta eficiencia de carga. Con el fin de estimular aún más el desarrollo de baterías de iones de litio con mayor densidad energética, un grupo de investigadores europeos diseñó una cadena de herramientas de modelización en el marco del proyecto MODALIS2, financiado con fondos europeos y puesto en marcha por un consorcio de quince socios. Los socios, expertos en el uso de herramientas de simulación de baterías, aportaron información valiosa para mejorar las funcionalidades de la cadena de herramientas, respaldar mejor a los agentes del sector y abordar algunos de sus problemas. «Disponer de una cadena de herramientas de modelización global es fundamental para tener en cuenta todos los mecanismos pertinentes, desde el nivel molecular y celular hasta la integración final en el sistema completo. Esto permitirá al sector incorporar materiales nuevos e innovadores en sus celdas de baterías de iones de litio de nueva generación», explica Martin Petit, coordinador del proyecto.
Impulso a las baterías de nueva generación 3b y 4b
En el sector de la movilidad, el objetivo principal es la química de las baterías de iones de litio, sobre todo las baterías de estado líquido, clasificadas como generación 3b, y las baterías de estado sólido, clasificadas como generación 4b. Según Petit, la generación 3b puede aumentar la capacidad de los electrodos positivo y negativo, mientras que la generación 4b emplea electrolitos de estado sólido para mejorar la seguridad y facilitar el uso de litio metálico en el electrodo negativo. La cadena de herramientas de modelización MODALIS2 constituye un recurso eficaz para comprender las ventajas y desventajas de nuevos materiales, así como la posible fiabilidad de las baterías fabricadas con dichos materiales. «MODALIS2 ofrece grados de flexibilidad a los procesos de desarrollo de celdas y baterías que posibilitan encontrar soluciones eficaces a los retos de diseño», explica Petit. Petit comenta asimismo que el método de modelización está concebido para reducir el costoso y lento proceso de prueba y error. Por ejemplo, la cadena de herramientas de modelización favorece una integración más rápida de materiales nuevos e innovadores en las celdas de baterías de iones de litio de nueva generación, lo que da lugar a vehículos eléctricos rentables, eficientes y fiables.
Comprensión de las ventajas y desventajas de materiales nuevos
En MODALIS2 se abordaron los problemas relacionados con los efectos mecánicos de las baterías. Según Petit, las tecnologías y los materiales de las baterías de nueva generación, como los electrodos negativos de silicio y los electrolitos de estado sólido, exhiben fuertes fenómenos de fallo mecánico. «Estos pueden incluir mecanismos de degradación progresiva, como el envejecimiento, o fallos críticos, por ejemplo, el crecimiento dendrítico que provoca cortocircuitos», apunta Petit. Las herramientas de modelización de MODALIS2 se integraron en un programa informático comercial muy utilizado. Los fabricantes de materiales, los fabricantes de celdas y los fabricantes de equipos originales recibieron formación en estas herramientas y ofrecieron sus opiniones, lo que dio como resultado una única plataforma de modelización que abarca todos los principales procesos de desarrollo de las partes interesadas de la cadena de valor de las baterías. Esta nueva cadena de herramientas puede fomentar la adopción de los vehículos eléctricos al facilitar que la industria desarrolle celdas de baterías de iones de litio de nueva generación de forma más eficiente, lo cual permitirá mejorar el rendimiento de los vehículos eléctricos.
Palabras clave
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