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Las micro baterías impresas sobre paneles de silicio para coches eléctricos llegarán en 2020

HYE | 14 de agosto de 2019

La impresión de baterías en obleas de silicio aumenta la densidad de enrgía y la durabilidad y reduce el coste de producción.
La impresión de baterías en obleas de silicio aumenta la densidad de enrgía y la durabilidad y reduce el coste de producción.

La empresa XNRGI ha patentado una nueva tecnología para la producción de baterías de litio capaz de albergar 36 millones de microbaterías en un panal de 20 por 20 micras de silicio, que posteriormente se recubre con el litio y los otros materiales del cátodo.

La empresa estadounidense con sede en Washington XNRGI está desarrollando una nueva tecnología para la fabricación de baterías de litio, denominada X-PowerChip, que es capaz de crear millones de microbaterías impresas sobre panales de silicio de 20x20 micras. Estos se recubren posteriormente con los materiales que forman el cátodo de la batería, haciendo el procedimiento compatible con las diferentes químicas de los cátodos de las baterías actuales.

Según la empresa, las nuevas baterías basadas en sus patentes podrían estar listas para llegar al mercado en 2020. Su aplicación inicial será como baterías estacionarias para almacenamiento de energía tanto para incluirlas en la red de distribución eléctrica como para almacenar energía procedente de fuentes renovables y alimentar estaciones de recarga de vehículos eléctricos en corriente continua. Estas baterías también son apropiadas para su uso en vehículos eléctricos, aunque la compañía no ha revelado cuando podría tener listo un primer prototipo funcional.

Aplicaciones de la nueva tecnología de XNRGI

Aplicaciones de la nueva tecnología de XNRGI.

En la actualidad, ya existen baterías de litio que incorporan silicio en sus electrodos. La tecnología que XNRGI ha estado desarrollando durante 15 años se centra en lograr un nuevo sistema de producción mucho más eficiente y rápido. Es capaz de imprimir un panal de silicio de 20 por 20 micras que forma la estructura básica del electrodo, que luego se recubre con el litio y los otros materiales para formar los cátodos de forma que se obtienen “millones de microbaterías". Además, la tecnología es compatible con diferentes químicas para el cátodo de la batería, de modo que puede ser utilizada en las baterías actuales y en las próximas generaciones más evolucionadas.

Todo ventajas

El uso de las obleas de silicio resuelve varios de los desafíos actuales de las baterías de litio. Cada oblea alberga 36 millones de estas microbaterías en un chip de 12 pulgadas de silicio poroso. Las pequeñas baterías activas transportan una carga lo suficientemente pequeña y tienen suficiente espacio entre las celdas para evitar el crecimiento de las dendritas que hacen que las baterías tradicionales pierdan capacidad con el tiempo y los ciclos de carga y descarga lo que facilita que la batería se cortocircuite y provoque un incendio. XNRGI espera que sus baterías duren tres veces más que las baterías de litio convencionales. Además, los chips pueden apilarse de forma segura hasta alcanzar una capacidad energética de 100 kWh gracias a una densidad de hasta 400 Wh/kg o 1.600 Wh/l, es decir cuatro veces más densidad de energía que las celdas convencionales de iones de litio.

Comparativa de características y precios de las  tecnologías de baterías de Li-Ion

Comparativa de características y precios de las tecnologías de baterías de Li-Ion.

La resistencia al crecimiento de las dendritas también aumenta la potencia de recarga y evita la necesidad de reducir la velocidad de los cargadores cuando las baterías están casi llenas, de forma que pueden cargar la batería completa a la máxima potencia. Los cargadores más rápidos que existen en la actualidad, a parte de los Supercargadores de Tesla que por ahora solo pueden usar sus vehículos, pueden funcionar a una potencia de 150 kW, lo que supone, aproximadamente una carga del 80% en unos 20 minutos. Con potencias de 300 y 350 kW, que llegarán el año que viene, el tiempo de recarga se reducirá a la mitad, lo que todavía supone el doble de tiempo del que se tarda en llenar un tanque de combustible promedio.

En cuanto al coste de producción, XNRGI afirma que puede lograr alcanzar los 150 dólares por kWh. Hasta el momento, ya ha vendido 600 unidades que se están utilizando en aplicaciones de almacenamiento en red y afirma que también son asequibles para la electrónica de consumo. Las tecnologías de XNRGI permiten la fabricación escalable y de alto volumen. La posibilidad de producir estas baterías en las plantas existentes que ya fabrican obleas de semiconductores de silicio, perfeccionado en Silicon Valley durante los últimos 20 años, reduce el coste de instalación de estas en un 95%.

XNRGI cuenta con 15 patentes emitidas para las que ha necesitado más de 80 millones de dólares de inversión procedentes de empresas como Motorola, Energizer, la Armada de los Estados Unidos, el Laboratorio Nacional de Argonne (perteneciente al Departamento de Energía de los Estados Unidos) y Novellus Systems.

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