La Comunidad de Madrid financia el proyecto MADBAT para investigar una nueva generación de baterías de ion-litio más eficientes, seguras y sostenibles, con el objetivo de reforzar la cadena de valor regional en tecnologías de almacenamiento electroquímico. La iniciativa reúne a empresas, centros de investigación y universidades, entre ellos IMDEA Materiales, IMDEA Energía y la Universidad Rey Juan Carlos.
El trabajo se centra en uno de los principales retos técnicos de las baterías de próxima generación: los daños mecánicos asociados a los cambios de volumen que sufren los materiales activos durante los procesos de carga y descarga. Este fenómeno afecta al rendimiento de los dispositivos y reduce su vida útil, por lo que constituye un obstáculo para avanzar en nuevas soluciones de almacenamiento energético.
Ánodos de silicio para baterías de ion-litio
IMDEA Materiales participa en el proyecto con su experiencia en simulación avanzada, modelado multifísico y desarrollo de componentes. Su aportación está orientada a analizar el comportamiento de los materiales empleados en las baterías y a plantear criterios de diseño que contribuyan a limitar la degradación mecánica.
El reto resulta especialmente relevante en el caso del silicio, considerado uno de los materiales con mayor potencial para los ánodos de las baterías de próxima generación. Su capacidad teórica de almacenamiento de energía puede ser hasta diez veces superior a la del grafito utilizado actualmente, una mejora que permitiría incrementar de forma significativa la autonomía de los vehículos eléctricos.
Además de sus prestaciones electroquímicas, el silicio es un componente abundante. Esta característica podría contribuir a reducir la dependencia europea de materias primas críticas, un factor relevante para el desarrollo industrial de tecnologías de almacenamiento y para la consolidación de cadenas de suministro más resilientes.
Modelos para reducir la degradación mecánica
La principal limitación del silicio es su elevada expansión durante el funcionamiento de la batería. Este material puede experimentar cambios de volumen de hasta un 300%, lo que favorece la aparición de daños mecánicos y dificulta su uso comercial a gran escala en ánodos de baterías de ion-litio.
Floatech, primer spin-off de IMDEA Materiales y socio del proyecto MADBAT, trabaja en el desarrollo de ánodos de silicio y está identificada en el proyecto como uno de los actores mundiales destacados en este ámbito. Su participación se integra en un consorcio que combina capacidades empresariales, científicas y universitarias para abordar los desafíos tecnológicos del almacenamiento electroquímico.
Para hacer frente a estos problemas, MADBAT prevé desarrollar modelos computacionales avanzados capaces de predecir el comportamiento de los materiales y de las baterías a diferentes escalas. Estos modelos deberán servir para establecer criterios de diseño que minimicen la degradación mecánica provocada por los ciclos de carga y descarga.
El proyecto también contempla actividades experimentales destinadas a obtener parámetros y validar los modelos desarrollados. La combinación de simulación, modelado y ensayos permitirá contrastar las predicciones con datos reales y orientar el diseño de componentes más duraderos para futuras baterías de ion-litio.