Mejorar las tasas de reciclaje de los sistemas de baterías célula a célula

En el diseño tradicional de los paquetes de baterías, las múltiples celdas de la batería se agrupan primero en módulos, que luego se ensamblan en un paquete de baterías. Sin embargo, la tecnología Cell-to-Pack elimina el nivel de módulo, integrando las celdas directamente en la carcasa de la batería. Esto reduce el número de componentes y el peso, al tiempo que crea más espacio para las celdas de la batería, lo que, en teoría, debería aumentar la capacidad de la batería y la autonomía del vehículo eléctrico.

Sin embargo, el proceso de fabricación célula a célula presenta retos específicos para el reciclado. Estos retos son el centro del proyecto de investigación ‘Diferencia’, financiado por el Ministerio Federal de Investigación, Tecnología y Espacio (BMFTR) como parte de la iniciativa de investigación sobre pilas B@ts. El mayor reto radica en la sustitución de las uniones atornilladas convencionales por adhesivos a gran escala y rellenos de espuma entre las celdas de las pilas en los sistemas Cell-to-Pack.

Estos materiales de unión, junto con el diseño altamente integrado, complican considerablemente el desmontaje y el reciclaje. Retirarlos requiere un trabajo manual intensivo o procesos termomecánicos. La limitada reciclabilidad resultante también contradice los objetivos del Reglamento europeo sobre baterías, como subrayan los responsables del proyecto. Este reglamento tiene como objetivo alcanzar altas tasas de reciclaje de materias primas críticas como el litio, el níquel, el cobalto y el cobre.

Otro problema de los sistemas Cell-to-Pack es la falta de conceptos de reparación. Si fallan células individuales, a menudo hay que sustituir todo el sistema de baterías porque es imposible cambiar células individuales, lo que supone un coste de varios miles de euros. Esto también descarta las aplicaciones de segunda vida.

A la luz de estos retos de reciclaje, el proyecto ‘Diferencia’ ha identificado cuatro temas clave de investigación:

• Investigación de métodos de desmontaje por láser de los elementos estructurales de la batería
• Desarrollo de métodos basados en láser para la separación selectiva de adhesivos, espumas y componentes metálicos
• Implementación del desmontaje automatizado y guiado por robot
• Evaluación ecológica y económica de los nuevos procesos

El objetivo es desarrollar un sistema de desmontaje modular, adaptable y automatizado con cuatro estaciones. Este sistema pretende permitir una cadena completa de procesos de desmontaje para baterías altamente integradas, ya sea para procesos posteriores de reciclaje o para aplicaciones de reparación y refabricación.

El Instituto Fraunhofer de Ingeniería de Fabricación y Automatización (Fraunhofer IPA) coordina el proyecto y aporta su experiencia desde el Centro de Producción Digitalizada de Pilas de Batería (ZDB), así como en el desarrollo de tecnologías de automatización y desmontaje asistidas por robots para la economía circular. Otros miembros del consorcio son la Universidad de Ciencias Aplicadas de Tréveris con su Campus Medioambiental de Birkenfeld, el proveedor de gestión y reciclaje de residuos PreZero, la empresa de automatización Kautenburger y TRUMPF Laser and System Technology.

fraunhofer.de (Enlace en alemán)