Las baterías de iones de litio pierden capacidad de almacenamiento con el paso de los años y, en consecuencia, su rendimiento disminuye con el tiempo, aunque numerosos estudios demuestran que su duración es mucho mayor a lo esperado. El estado de salud de una batería suele definirse mediante el estado de salud (SoH), que describe el cambio relacionado con la edad en el estado de una celda en relación con su estado original. La determinación del SoH es un factor clave para evaluar el rendimiento y la vida útil de las baterías.
Hasta ahora, para determinar el estado de salud de las baterías se han utilizado métodos experimentales como pruebas de capacidad, espectroscopia de impedancia electroquímica o pruebas de vida útil, mientras que en el proyecto «QuaLiProM» se utiliza la magnetometría cuántica. Este método, que ya se utiliza en la investigación sobre baterías, permite determinar el estado de salud de las celdas de las baterías de forma rápida, económica y precisa. Con la ayuda de este método, se puede determinar con precisión la magnetización dependiente del estado de una celda de batería. Los defectos, las impurezas y el estado de carga se pueden detectar mediante sensores cuánticos.
Un aprovechamiento más preciso de los elementos de una batería
El proyecto 'QuaLiProM' combina ahora la magnetometría cuántica y la inteligencia artificial para desarrollar un método de medición de alta velocidad que permitirá clasificar las células en función de su estado de salud en aplicaciones industriales. Para desarrollar esta metodología de test rápido, las células de iones de litio se someten a una degradación forzada mediante ensayos de envejecimiento cíclico. Las celdas de la batería que han sido ‘envejecidas’ se analizan mediante magnetismo cuántico. El sensor cuántico mide el campo magnético de las celdas con gran precisión. De esta manera, se generan mapas de campos magnéticos que proporcionan información valiosa sobre posibles anomalías en las celdas de la batería.
Este método no requiere largos ciclos de carga y descarga y, por lo tanto, es adecuado para su uso en la producción de células, así como en el proceso de reciclado o supraciclaje. La futura transferencia de la metodología desde el nivel de laboratorio a la escala industrial es uno de los principales objetivos del proyecto. De esta manera, se pueden identificar células degradadas pero aún funcionales que ya no son adecuadas para su uso en vehículos eléctricos debido a su baja capacidad. Mediante el desarrollo de estrategias de reciclaje adecuadas y la investigación de nuevas aplicaciones en áreas menos exigentes, el proyecto tiene como objetivo promover el uso sostenible y eficiente de los recursos de las células de batería y acelerar su transferencia a la industria.
Los investigadores esperan así poder aprovechar al máximo los recursos de cada batería fabricada. El supraciclaje o suprarreciclaje, está definido como el aprovechamiento de productos. La diferencia con otros procesos como el reciclaje es que el resultado final es de mayor calidad y valor ecológico. No intenta continuar con modelos lineales como la producción de objetos de un solo uso ni con la degradación o descomposición de materiales. En la investigación, financiada por el gobierno alemán, han participado el Instituto Fraunhofer de Tecnología de Fabricación y Materiales Avanzados IFAM, la Universidad Friedrich-Alexander de Erlangen-Nuremberg y la empresa Industrial Dynamics.