Nissan ha mostrado la instalación piloto que fabricará los primeros prototipos de baterías en estado sólido, situada en Japón, en Centro de Investigación de Nissan en la prefectura de Kanagawa. Un paso importante para que en 2028, implemente esta tecnología en su primer coche eléctrico fabricado en serie. El proceso que se realiza a mano, de forma lenta y tediosa, para lograr fabricar dos celdas simultáneamente, 50 cada mes. En 2024, Nissan quiere disponer de una línea de producción piloto en la planta de Yokohama.
Colaborando con la NASA: la química
Nissan todavía está buscando la química correcta tanto para el cátodo como para el ánodo. Con este objetivo, mantiene una asociación con la NASA para buscar todas las combinaciones de materiales posibles en la vasta base de datos de baterías de la agencia. Empleando inteligencia artificial para filtrar fórmulas, Nissan cree que puede reducir el tiempo de investigación a la mitad, pasando de 5 a 20 años a solo dos o tres
La búsqueda se centra en una química de cátodos sin cobalto que probablemente usará azufre o manganeso puesto que son materiales relativamente abundantes y económicos, explica Kazuhiro Doi, vicepresidente corporativo de Nissan que está a cargo de la investigación avanzada de baterías. Para el ánodo, el mayor potencial está en los compuestos a base de silicio o de metal de litio.
La instalación y el proceso en Oppama
El taller es una sala seca amurallada ubicada dentro de un antiguo almacén en el complejo de la fábrica Oppama de Nissan donde los ingenieros trabajaban antes en la creación de prototipos de nuevos catalizadores. Allí, un grupo de 10 trabajadores mezcla minuciosamente una suspensión de electrolitos en una sustancia pegajosa negra como la tinta, que se extiende como una mezcla sobre láminas delgadas de aluminio. El trabajo se hace a mano y solo sobre dos celdas a la vez sacando polvo de cátodos de un vaso de plástico con una cuchara larga.
Después del secado, las hojas pasan por una máquina de estampado que las comprime a una presión tres veces mayor que la que se usa para las celdas estándar de iones de litio. A continuación se cortan las láminas de electrolito a un tamaño apropiado y se apilan cuidadosamente sobra las láminas de ánodo. Finalmente, se sellan al vacío los conjuntos de celdas de cuatro capas en bolsas de papel de aluminio.
El trabajo es lento y requiere mucho tiempo. La mayor parte de los procesos se realizan con guantes de plexiglás que mantienen humedad ultra baja y aseguran la limpieza. Debido a la sequedad de las salas, los técnicos deben tomar descansos para hidratarse cada dos horas. En este momento, el laboratorio de Nissan produce alrededor de 50 de estas bolsas de cuatro capas al mes, afirma Kenzo Oshihara, subdirector general de ingeniería de producción de baterías innovadoras. Un vehículo eléctrico precisa alrededor de 5.000 bolsas de este tipo.
Precisión y coste
Este tipo de celdas exige además unos altos estándares de precisión en su fabricación. La mezcla debe batirse muy finamente para eliminar todos los grumos y maximizar la conductividad de la batería. Las capas de cátodo-electrolito-ánodo deben alinearse con absoluta precisión. Además, Nissan debe perfeccionar cómo acelerar todo este proceso para poder alcanzar la producción en masa.
"La precisión es fundamental para el coste de producción y la productividad", añade Doi. "En comparación las baterías de iones de litio tradicionales, este conjunto de tecnologías es mucho más complicado", aunque Nissan asegura que ya ha superado varios obstáculos.
Ha adoptado un aglutinante en el cátodo que reduce la resistencia y mejora el movimiento de los iones de litio. Los ingenieros también han identificado un material que inhibe la formación de las dendritas que pueden provocar un cortocircuito en la batería. También han descubierto un diseño que permite que las capas de electrolitos y electrodos se expandan y contraigan repetidamente sin desprenderse. Y lo que es más importante, el equipo de Doi asegura haber descifrado como lograr la carga rápida a bajas temperaturas.
No a las asociaciones, por ahora
A pesar de que este es un campo en el que intervienen cada vez un número mayor de empresas y proveedores, Nissan considera una ventaja hacerlo solo y desarrollarlas internamente en lugar de recurrir a asociaciones. Esto será así al menos en las etapas iniciales. En relación a los proveedores externos, Doi asegura que "no tienen la tecnología madura que les permita trabajar con fabricantes de automóviles como nosotros". Nissan no pretende controlar la química de las materias primas, centrándose sobre todo en el conocimiento sobre elementos como el diseño y la fabricación de celdas: "Esa será la fuente de nuestra competitividad".
Nissan tiene solo unos años para descifrar la fórmula y cumplir los objetivos de costes fijados para el año 2028. Y espera llegar allí utilizando materiales menos costosos y optimizando sus procesos de producción. "Estamos hablando de I+D, por lo que no existe el 100 por cien de confianza", añade Doi. "Pero si nos esforzamos, podemos hacerlo".
