El Grupo de Tecnología Avanzada de Northvolt, formado por la empresa Cuberg, recién adquirida por el fabricante sueco, ha logrado un gran avance para la próxima generación de baterías formadas por celdas de metal de litio. Así lo indican las pruebas externas realizadas sobre ellas que han certificado que son capaces de soportar 672 ciclos de carga y descarga manteniendo el 80 % de su capacidad energética. Ahora, el objetivo es aumentar la carga eléctrica y pasar de celdas de 5 Ah a celdas de 20 Ah, que puede ser empleadas por sus clientes aeroespaciales.
Los ánodos actuales están compuestos de una mezcla de grafito y cobre aunque el metal de litio puro se muestra como una alternativa prometedora, ya que ofrece la mayor densidad de energía entre los materiales sólidos. Al usarlo en lugar del grafito y el cobre en el electrodo de las baterías actuales se podrían generar ganancias de rendimiento muy importantes. La integración del metal de litio es una de las opciones más interesantes para ser utilizadas como almacenes de energía en aplicaciones de todo tipo, entre ellas, la de los vehículos eléctricos.
Sin embargo, el hándicap de los ánodos de metal de litio está en el corto ciclo de vida que ofrecen, dada su inestabilidad química, que provoca que acaben deshaciéndose. También corren un mayor riesgo de formación de dendritas y cortocircuitos. Su uso junto con electrolitos de estado sólido se está desarrollando ampliamente como una solución a estos problemas, pero también se están explorando diseños que utilizan una barrera protectora delgada y un electrolito líquido estable como un medio para habilitar ánodos de metal de litio.
Tras la ronda de pruebas de rendimiento completada, Cuberg, la start-up estadounidense adquirida por Northvolt en marzo de 2021, ha demostrado que ha logrado prolongar la vida útil de una celda de metal de litio. Específicamente, esta validación realizada por terceros demostró que una celda de batería de 5,1 Ah con una densidad de energía de 380 Wh/kg alcanzó una vida útil de 672 ciclos de carga y descarga. La celda se cargó y descargó esas 672 veces antes de que su contenido de energía cayera por debajo del 80 % del valor original. Generalmente, este límite de degradación es el aceptado por la industria para marcar el final de la primera vida útil de una celda de batería. A partir de ahí, puede ser empleada en una de aplicación de segunda vida antes de reciclarse.
A modo de comparación, las celdas de iones de litio de alto rendimiento disponibles hoy en día para vehículos eléctricos comerciales alcanzan alrededor de 250 Wh/kg. Sus futuras generaciones, con celdas de alto contenido de níquel y ánodo dopados con silicio y con un diseño más ajustado, podrán llegar a proporcionar entre 250 y 300 Wh/kg.
Según el comunicado de Northvolt, la celda se probó "en condiciones típicas con los requisitos del mundo real, incluida la temperatura ambiente. Los resultados demuestran que se trata de la celda de metal de litio de mayor rendimiento y mayor duración del mundo validada de forma independiente en un tamaño de celda comercialmente representativo".
Según Richard Wang, fundador y director ejecutivo de Cuberg, los ciclos de vida de las celdas son un criterio de rendimiento clave para una batería que afecta de forma prioritaria a sus posibles aplicaciones. "Si bien la densidad de energía de las celdas de metal de litio supera con creces la de las celdas de iones de litio convencionales, sus bajos ciclos de vida han limitado su atractivo". Con los últimos resultados se confirma que la tecnología puede cumplir con todos los requisitos clave de rendimiento que exigen las aplicaciones de movilidad.
La celda de 5,1 Ah probada no está al nivel que se necesita para que sea utilizable por las aplicaciones de sus clientes. Según Northvolt, el próximo paso de Cuberg será desarrollar y validar una celda de 20 Ah "pensada como un formato comercial para sus clientes aeroespaciales". Hasta la fecha, el grupo ha entregado cerca de 2.000 celdas sus clientes de la aviación eléctrica.
Cuberg ha ampliado sus instalaciones de producción en San Leandro, Área de la Bahía de San Francisco, después de la adquisición por parte de Northvolt. En estas instalaciones ha demostrado que las celdas de metal de litio pueden fabricarse utilizando los mismos procesos de producción que se utilizan para las baterías de iones de litio actuales.
