Hace 94 años que se conocen las baterías bipolares, pero es ahora cuando Alemania, gracias a su política gubernamental de impulso a la tecnología aplicada a las baterías, quiere dar un empujón a su desarrollo a través de alianzas entre fabricantes e instituciones. El Instituto Fraunhofer, con Sebastian Reuber al frente, parece que tiene la solución para su aplicación comercial a corto plazo.

Batería bipolar: un antiguo concepto llevado al presente

Antes de contar la actualidad, vamos a situarnos en contexto brevemente. Las celdas comerciales pueden tener cuatro tipos de empaquetado: cilíndrico, prismático, botón y plano, siendo todas ellas monopolares.

• El cilíndrico es como las pilas de toda la vida que ponemos en nuestro mando a distancia de la tele, pero en diferentes formatos. A nivel industrial se denominan con un número, como las 18650 o las 21700. Los primeros dos dígitos corresponden al diámetro de la celda -en el caso de las 18650 sería 18 mm- y los siguientes dos dígitos es la longitud -en el caso de la 18650 sería 65 mm-. Para el caso de las pilas AAA su denominación sería 10440.
• Las prismáticas son como esas antiguas pilas de petaca, que parecen un bloque compacto.
• Las de botón son metálicas, circulares y planas, asemejándose a un botón, y las podemos encontrar en los relojes de pulsera, por ejemplo.
• Y las celdas planas, que se usan ahora mismo bastante como celdas industriales para formar paquetes de batería para automoción.

Nos vamos a centrar en las cilíndricas, que también se utilizan hoy en día, por ejemplo, en todos los coches de Tesla. Actualmente emplean el formato 18650. Pero, ¿cómo está formada una de estas celdas? Pues básicamente es un sandwich de cuatro láminas (ánodo, separador, cátodo, separador) que se enrolla y se introduce en un cilindro metálico.

En el año 1924 el científico ruso Pyotr Kapitsa ideó por primera vez el concepto de batería bipolar. Se trataba básicamente de desenrollar el laminado de varias celdas cilíndricas, y apilar sus láminas, una encima de otra. De este modo se conseguía colocar en serie varias celdas, ocupando muy poco espacio.

No solo esto, sino que además aportaba otras ventajas. Al tener más superficie de contacto entre celdas, la corriente fluye de manera más uniforme, disminuyendo su resistividad, por lo que se calientan menos y resultan más eficientes almacenando y entregando energía. En el siguiente esquema podéis ver en naranja el flujo de corriente entre las baterías bipolares y las baterías de celdas monopolares.

Recordemos que aún no hemos hablado de la química de las celdas, pues las baterías bipolares es un concepto de empaquetado de la celda, no de su composición. De hecho, pueden ser de cualquier composición química actual, desde ácido-plomo, Ni-Mh o Li-ion.

Desde hace algún tiempo, la empresa Advanced Battery Concepts con base en Michigan, Estados Unidos, comercializa baterías bipolares de ácido-plomo, superando en características a cualquier batería de ácido-plomo actual, incluyendo las AGM. Comparándose con estas, dura hasta 10 veces más y tiene una capacidad 2,5 veces mayor. De momento proveen al ejército de Estados Unidos y otro fabricante, Trojan, ha licenciado su tecnología.

EMBATT y las baterías bipolares

Ahora que ya conocemos qué son, vamos con la noticia. Como ya contábamos, el gobierno alemán va a invertir una gran cantidad de recursos en investigación sobre tecnologías de baterías. En este caso, el Instituto Fraunhofer, junto con Thyssenkrupp System Engineering, IAV y Daimler, van a trabajar conjuntamente para llevar al mercado el concepto de batería bipolar de ión-litio. Esta alianza se llama EMBATT y será la encargada de comercializar este tipo de baterías.

Recordemos que las baterías de ión-litio tienen un electrolito que es altamente inflamable en contacto con el aire, y nada tienen que ver con las baterías de estado sólido, de las que ya hablamos anteriormente.

Como hemos mencionado antes, este tipo de empaquetado reduce componentes y mejora la eficiencia de la batería. Es como si tuviésemos una supercelda del tamaño del suelo del coche, con láminas apiladas una encima de otras formando un sandwich. Según comentan, su densidad energética se espera en el orden de los 450 Wh/l.

A nivel de laboratorio parece que funcionan bien, estando ya en su versión 2.0, así que ahora el proyecto va a recibir financiación para llevarlo a escala comercial, y poder fabricar baterías con un tamaño mayor, que ocupe toda la superficie del suelo del vehículo entre los ejes.

¿Cual sería el siguiente paso? Unir la tecnología para el empaquetado de baterías bipolares, con baterías de estado sólido -o de electrolito sólido-, para así aumentar la densidad energética, la seguridad y la autonomía de los coches eléctricos del futuro. Parece que estamos en la buena dirección para conseguir un vehículo de 1.000 km de autonomía en pocos años.