Se ha presentado una importante nueva capacidad de fabricación de baterías en el Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico (PNNL) del Departamento de Energía de EE. UU., lo que marca un importante paso adelante en el desarrollo de la tecnología de almacenamiento de energía de próxima generación.
Los investigadores han puesto en funcionamiento una línea de producción dedicada específicamente a baterías prismáticas, un tipo de batería clave para futuros sistemas de almacenamiento de energía a escala de red.
Ubicada dentro de la plataforma de lanzamiento de almacenamiento en red de PNNL, esta nueva instalación permitirá a los científicos fabricar y evaluar células prismáticas a una escala mucho más cercana a las aplicaciones comerciales reales.
Se espera que esta capacidad ayude a cerrar la brecha entre la investigación de laboratorio y la implementación industrial al permitir a los investigadores y socios del sector privado validar nuevos diseños de baterías antes de salir al mercado.
Con las pruebas completadas y los procedimientos operativos a punto de finalizar, la línea de producción se centrará inicialmente en la fabricación de componentes químicos para baterías de iones de sodio y fosfato de hierro y litio.
Los datos obtenidos establecen puntos de referencia de rendimiento y seguridad al tiempo que demuestran el potencial para escalar la tecnología avanzada de baterías desde pequeños prototipos de laboratorio hasta formatos comerciales a gran escala.
Nueva instalación diseñada para la investigación de baterías a escala comercial
La línea de producción recién puesta en servicio ocupa aproximadamente 1,400 pies cuadrados y consta de 16 equipos especializados. Esto representa la primera línea de fabricación de células prismáticas establecida dentro del Sistema Nacional de Laboratorios de EE. UU.
La característica más importante de nuestras instalaciones es su ambiente de humedad ultrabaja. Los materiales de las baterías son extremadamente sensibles a la humedad, e incluso pequeñas cantidades de humedad pueden afectar negativamente el rendimiento y la confiabilidad.
Para evitar la contaminación, toda la línea de producción de células prismáticas opera en una sala de laboratorio seca con menor humedad que algunas de las regiones más secas de la Tierra.
La configuración avanzada permite a los investigadores ir más allá de los experimentos con baterías a pequeña escala para evaluar el rendimiento de los productos químicos prometedores cuando se fabriquen en formatos más grandes y comercialmente relevantes.
Por qué las celdas cuadradas están ganando impulso
Las celdas de batería se fabrican en varios formatos, como monedas, bolsas y formas cilíndricas. Aunque cada una se utiliza para diferentes aplicaciones, las celdas prismáticas están ganando atención en el campo del almacenamiento de energía.
A diferencia de las baterías cilíndricas, las baterías prismáticas tienen una forma rectangular encerrada dentro de una carcasa de metal duro. Este diseño ofrece varias ventajas para proyectos de almacenamiento de energía a gran escala.
La carcasa metálica mejora la disipación del calor, reduce el riesgo de sobrecalentamiento y aumenta la seguridad general. Una mejor gestión térmica es especialmente importante para los sistemas a escala de red donde miles de celdas pueden operar simultáneamente en condiciones difíciles.
Las celdas prismáticas también ofrecen beneficios de eficiencia de envasado. Su forma rectangular permite apilarlos de forma más eficaz que sus homólogos cilíndricos, aumentando la densidad de energía al nivel del paquete de baterías.
Al incorporar más energía en un espacio más pequeño, los desarrolladores pueden reducir potencialmente los requisitos de espacio de instalación y reducir los costos del sistema.
Los expertos de la industria ven estas propiedades como factores clave que impulsan la mayor adopción de celdas prismáticas en aplicaciones de almacenamiento de energía a escala de servicios públicos.
Pasando de un concepto de laboratorio a una batería lista para el mercado
Uno de los mayores desafíos en el desarrollo de baterías es pasar de pequeñas celdas experimentales a grandes productos comerciales.
La química de las baterías que funcionan bien en pequeñas pilas de botón de laboratorio pueden comportarse de manera muy diferente cuando se amplían a formatos más grandes. A medida que aumenta el tamaño de la batería, los procesos de fabricación, la distribución de materiales, la gestión térmica y la estabilidad mecánica se vuelven cada vez más complejos.
Se diseñó específicamente una nueva línea de células prismáticas para abordar este desafío. Los investigadores ahora pueden producir celdas de batería más grandes utilizando cantidades de kilogramos de material activo, en lugar de los miligramos que normalmente se usan en las pruebas de laboratorio.
Esta característica proporciona información valiosa sobre si las tecnologías de baterías prometedoras pueden mantener el rendimiento, la confiabilidad y la seguridad a medida que se acercan a la producción comercial.
Las baterías de iones de sodio y LFP lideran las pruebas iniciales
Para demostrar las capacidades de la nueva plataforma, los investigadores del PNNL crearán primero dos tipos de células prismáticas.
El primero utiliza la química de los iones de sodio, lo cual es de gran interés porque el sodio es mucho más abundante y está ampliamente disponible que el litio. Esto podría ayudar a aliviar la presión de la cadena de suministro y reducir los costos de futuros proyectos de almacenamiento en red.
El segundo se basa en la tecnología de fosfato de hierro y litio (LFP). Esta química ya está ganando popularidad debido a su fuerte perfil de seguridad y su dependencia de materiales más fácilmente disponibles, como el hierro en lugar del níquel o el cobalto.
Ambos tipos de baterías se someten a pruebas exhaustivas en una variedad de condiciones operativas para evaluar el rendimiento, la durabilidad y la seguridad.
Abriendo la puerta a la colaboración de la industria
Más allá de la investigación interna, se espera que la instalación sirva como recurso para los desarrolladores de baterías comerciales que buscan una validación independiente de tecnologías emergentes.
Al proporcionar capacidades de prueba y fabricación a escala piloto, PNNL tiene como objetivo ayudar a las empresas a reducir el riesgo de conceptos de baterías prometedores antes de invertir en una producción comercial a gran escala.
A medida que continúa creciendo la demanda de almacenamiento de energía confiable junto con la generación de energía renovable, la nueva línea de producción coloca a las baterías prismáticas en el centro de los esfuerzos para desarrollar una tecnología de baterías más segura, más eficiente y comercialmente viable para las redes eléctricas modernas.
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