Este artículo resume los hallazgos de esta fructífera colaboración, publicados en la prestigiosa revista Journal of The Electrochemical Society , y detalla por primera vez la fabricación y las pruebas a escala piloto de celdas de bolsa de iones de litio basadas en sulfuro de hierro (FeS).
Fabricación sostenible y escalable: la clave del proceso
Uno de los pilares de la innovación en baterías es minimizar el impacto ambiental. Por ello, el esfuerzo conjunto de CIDETEC y RIMSA se centró en el uso de lodo a base de agua para la producción de electrodos de FeS.. Este enfoque elimina el uso de solventes orgánicos agresivos como el NMP (N-metil-2-pirrolidona), alineando el proceso de fabricación con las nuevas adopciones industriales de acuerdo con los principios de la química verde.
Es fundamental que un proceso basado en agua sea compatible con la infraestructura industrial existente para la producción de ánodos, un factor clave para reducir el riesgo de la futura adopción de nuevos materiales como el FeS.
Este trabajo ha logrado conectar la investigación fundamental con la aplicación industrial. Gracias a esta colaboración, una formulación con un alto contenido de material activo (90 % FeS) se transfirió de un mezclador de laboratorio a una línea de recubrimiento semiindustrial de rollo a rollo. Los electrodos producidos se utilizaron posteriormente para ensamblar células de bolsa multicapa, un formato de batería comercialmente relevante.
Este logro marca un hito en la evaluación del FeS, no sólo como concepto material, sino como componente fabricable para el almacenamiento de energía de próxima generación.
Las pruebas de las celdas de bolsa proporcionaron información crucial sobre el comportamiento del material y definieron una hoja de ruta clara para futuras fases de investigación y desarrollo. Su mecanismo de conversión para el almacenamiento de litio es responsable de la compleja química del proceso de litiación-deslitiación y de las reacciones parásitas que pueden ocurrir dependiendo de la naturaleza química de los demás componentes de la batería y de las condiciones de ciclo.
FeS + 2Li+ + 2 e − → Fe + Li2S
Estos hallazgos no representan contratiempos, sino datos esenciales que trazan un camino claro para la optimización de materiales y celdas. Abordar el transporte de azufre y mejorar la estabilidad térmica son ahora los principales objetivos de la investigación.
Aunque el grafito sigue siendo el material de ánodo de referencia en muchas aplicaciones, las propiedades únicas del FeS abren nuevas posibilidades en mercados especializados donde su perfil ofrece ventajas distintivas.
La alta densidad cristalográfica del FeS presenta una oportunidad muy interesante para aplicaciones donde la alta densidad de energía volumétrica es un parámetro crítico. Esto significa que se puede almacenar más energía en un espacio limitado, aunque debe confirmarse que la reducción de la porosidad de estos ánodos no comprometa el rendimiento electroquímico de las celdas. Algunas aplicaciones potenciales son:
Este trabajo, fruto de la colaboración entre CIDETEC y RIMSA (Innovamat), basado en los avances del proyecto LION-HD, demuestra la viabilidad de la fabricación industrial de ánodos de FeS mediante un proceso sostenible basado en agua. Al identificar los principales retos y las potenciales aplicaciones de alto valor, hemos sentado una base sólida para el desarrollo continuo de este prometedor material. Esta alianza estratégica se mantiene firme en su objetivo de impulsar esta tecnología, centrándose en mejoras específicas para aprovechar al máximo su potencial en la próxima generación de soluciones de almacenamiento de energía.
