Baterías más eficientes y fiables para su utilización en el espacio

El proyecto Monbasa, liderado por CIC energiGUNE, del País Vasco, ya está finalizado y va a permitir desarrollar baterías sólidas Li-ion de bajo coste que mejoren el rendimiento de las unidades de almacenamiento convencionales utilizadas en los satélites.

CIC energiGUNE, centro de investigación referente en Europa en el ámbito del almacenamiento de energía electroquímico y térmico, ha dado un nuevo paso en el desarrollo de baterías más eficientes para su utilización en el espacio. El proyecto Monbasa, liderado por el centro vasco en colaboración con Tecnalia y las empresas Gencoa (Reino Unido) y Nanospace (Suecia), permitirá reducir la cantidad de material en los componentes de las baterías utilizadas en los nanosatélites y, en consecuencia, mejorará la densidad de la energía de las mismas.

El proyecto, que ha sido culminado recientemente, se basa en la mejora de nuevas técnicas de procesado que permiten el uso de electrolítos sólidos integrados en una batería de Li-ion de alto voltaje. Este hecho posibilitará que dichas baterías sean también compatibles con las técnicas que se utilizarán para fabricar una nueva serie de microsensores, y que ya se están empezando a integrar en los satélites más avanzados.

Gracias a la introducción de estas nuevas técnicas, el proyecto Monbasa (Monolithic Batteries for Spaceship Applications) rompe con los problemas de fiabilidad que la tecnología Li-ion, basada en el uso de electrolitos líquidos tóxicos e inflamables, había generado hasta ahora. Estos inconvenientes se atribuyen a que los electrolitos líquidos, tanto por debajo de los 0 grados en carga como por encima de los 60 grados en descarga, presentan problemas de seguridad. Asimismo, debido a que en órbita las presiones son muy bajas, y en ausencia de un sistema de presurización, el punto de ebullición de los electrolitos líquidos baja mucho hasta convertirse en otro problema de seguridad. También es reseñable el hecho de que durante el lanzamiento, las baterías sufren vibraciones y aceleraciones que pueden resultar en una fuga de electrolito líquido.

Con el planteamieno y el uso de los electrolítos sólidos integrados en una batería de Li-ion de alto voltaje, se pretende demostrar que con las técnicas de procesado (magnetron sputtering, pulverización catódica) se pueden conseguir baterías sólidas de Li-ion con una mayor densidad energética que las actuales basadas en electrolitos líquidos. Estas baterías mejorarán el funcionamiento en el vacío del espacio exterior, así como el intervalo de temperaturas, pudiendo operar en un intervalo mayor y además, gracias a sus componentes sólidos sin presencia de líquidos, estarán dotadas de una robustez capaz de soportar las vibraciones y aceleraciones de la fase de lanzamiento. El campo de aplicación más inmediato de este tipo de baterías será el de los nanosatélites, donde se plantea pasar de los 25 lanzamientos del año 2012 a los casi 600 en 2020; eso sí, con la vista puesta en otros campos como el IoT (Internet of Things) y la Industria 4.0.

Comparativa de un pack de baterías Li-ion (amarillas) con tecnología de electrolito líquido que se usa en los satélites actuales frente a un pack de baterías (azul) fabricado con la tecnología desarrollada en Monbasa. (Imagen: CIC energiGUNE)

En líneas generales, Monbasa ha perseguido la consecución de una nueva batería apta para su funcionalidad en el espacio que responda a cinco grandes necesidades: alta eficiencia energética y de densidad, tamaño y peso reducido, alta fiabilidad, compatibilidad con las normativas y estándares de seguridad, y un alto índice coste-eficiencia.

Estas técnicas de procesado eran muy comunes hasta ahora, de manera muy especial, en los sectores de la industria del acero, vidrio y electrónica, pero no se habían aplicado a nivel industrial en el procesado de baterías, lo que supone todo un reto. Además, aprovechando la estabilidad de los electrolitos sólidos se podrán utilizar combinaciones de materiales cátodo y ánodo en baterías con voltajes muy superiores a los que se obtienen en las actuales baterías de Li-ion, esperando obtener 5 voltios por celda en lugar de los 3,7 - 3,9 actuales.

El proyecto Monbasa, liderado por investigadores de CIC energiGUNE, es también una respuesta a la necesidad de posicionar a Europa en el grupo de vanguardia de la carrera espacial. El trabajo desarrollado en el ámbito del almacenamiento de energía y su aplicación en el espacio es una parte fundamental para que la industria europea se ponga a la altura de los países líderes en el campo espacial: EEUU, Japón y China.

CIC energiGUNE, con base en Miñano, es la iniciativa estratégica en investigación en almacenamiento energético del departamento de Desarrollo Económico e Infraestructuras del Gobierno Vasco, contando con el respaldo de la Diputación Foral de Álava y del Ente Vasco de la Energía, así como de las principales empresas del sector de la energía y del almacenamiento de Euskadi: Iberdrola, Cegasa Portable Energy, Sener, Siemens-Gamesa, Ormazabal, Idom, Solarpack, Corporación Mondragón y Nortegas.

El CIC de Miñano cerró el ejercicio 2018 con un resultado muy relevante: más de 500 publicaciones científicas de alto impacto, participación en más de 35 proyectos industriales durante el periodo además de 9 europeos dentro del marco H2020 traccionando más de 120 millones de euros de Europa. (Fuente: CIC energiGUNE)