La fabricación de baterías de iones de litio y otros acumuladores de alto rendimiento requiere aire limpio y extremadamente seco. Proporcionar este aire es un proceso extremadamente intensivo en energía. Las soluciones de deshumidificación convencionales consumen mucha electricidad y, en consecuencia, incrementan significativamente los costes. Por tanto, el proyecto QueEn, financiado por el Ministerio Federal de Educación e Investigación [Bundesministerium für Bildung und Forschung - BMBF](https://www.weiss-technik.com/klimatechnik/de/trockenraum/mini-environments), desarrolla nuevas soluciones para una producción energéticamente eficiente y económicamente viable de baterías de iones de litio. En este contexto, se investiga el uso de minientornos integrados en el proceso en lugar de grandes salas secas. Weiss Klimatechnik se encarga de la gestión innovadora del aire.
El proyecto QueEn mejora la eficiencia energética en la fabricación de celdas de batería
El proyecto QueEn reúne a empresas líderes y centros de investigación. Además de Weiss Klimatechnik, forman parte del consorcio el Centro Fraunhofer de Investigación y Fabricación de Celdas de Batería (FFB), el fabricante de sistemas FFT Produktionssysteme, el instituto Fraunhofer IPA y el fabricante de baterías Varta. La abreviatura QueEn significa «Tecnología de planta orientada a la calidad y con reducción del consumo energético para la producción de baterías de iones de litio (LIB) y de próxima generación en minientornos». El objetivo del proyecto es hacer que la fabricación de celdas de batería sea más rentable y respetuosa con el medio ambiente mediante conceptos innovadores de climatización, con el fin de reforzar la competitividad de la producción de celdas de batería en Alemania y Europa frente a otros centros de producción internacionales.
Un punto de rocío muy bajo supone un reto para los sistemas de climatización
La fabricación de baterías de iones de litio requiere un aire ambiental extremadamente seco. «Los materiales utilizados en baterías de alto rendimiento son especialmente sensibles a la humedad. Incluso pequeñas cantidades de agua pueden formar sustancias altamente reactivas y tóxicas, como el ácido fluorhídrico», explica Martha Willmot, directora de proyecto de Weiss Klimatechnik en QueEn, al referirse a los desafíos que plantea la tecnología de salas secas y limpias. Hasta ahora, las baterías de iones de litio se producen en grandes salas secas con volúmenes de aire proporcionalmente elevados. Para alcanzar en ellas la sequedad requerida, con un punto de rocío de -40 °C, se necesita una enorme cantidad de energía. Los nuevos materiales para los cátodos y el electrolito permitirán en el futuro una mayor densidad energética y, previsiblemente, requerirán incluso un punto de rocío de -60 °C. «Eso requiere muchísima energía, es muy costoso y perjudica el balance medioambiental», afirma Willmot. Dado el alto precio de la energía, la fabricación de celdas de batería en Europa no es actualmente competitiva en comparación con los fabricantes asiáticos.
Ahorro de hasta un 77 % de energía mediante minientornos
En lugar de recurrir a grandes salas limpias y secas, los socios del proyecto QueEn apuestan por el uso de minientornos energéticamente eficientes en un proceso completamente interconectado con esclusas totalmente automatizadas. Para ello se crean zonas de aire limpio compactas, cerradas y localizadas, desde salas limpias básicas hasta salas con clasificación ISO 6, en las que el aire seco y con baja carga de partículas, con un punto de rocío de -60 °C, se dirige de forma específica al punto de uso, mientras que en la nave de producción bastan condiciones climáticas moderadas. Según los primeros cálculos, la concentración en minientornos puede reducir el consumo energético en la producción de baterías de iones de litio hasta en un 77 %.
Se requiere experiencia en climatización y fabricación de baterías
En el marco del proyecto QueEn, Weiss Klimatechnik es responsable de suministrar aire seco, atemperado y con baja carga de partículas, entre otros procesos, durante el llenado del electrolito en minientornos extremadamente compactos. «Ese es el parámetro clave en la fabricación de celdas de batería y en el proyecto», explica Martha Willmot. Como líder tecnológico, el especialista en salas blancas desarrolla el sistema central de gestión del aire para los minientornos, basándose también en su experiencia en la producción de semiconductores. Desde el punto de vista tecnológico, se emplea el probado sistema de secado por adsorción para garantizar los puntos de rocío extremadamente bajos. Gracias a una tecnología de control optimizada y a una regulación inteligente de la presión, el aire puede acondicionarse con precisión en el punto de uso. Los sensores miden la calidad del aire directamente en los puntos del proceso y permiten un ajuste rápido y preciso incluso durante el proceso de fabricación en curso.
Protección óptima para las personas, el producto y el proceso
Además del enorme ahorro energético, los minientornos ofrecen otras ventajas para una fabricación de celdas de batería segura y de alta calidad. El entorno de producción limpio y aislado no solo garantiza las condiciones adecuadas de aire seco, sino que también protege las celdas de batería en fabricación y el proceso productivo frente a otras interferencias, como partículas o la introducción de humedad por parte del personal. Esto evita reacciones no deseadas y accidentes, que van desde la formación de gases tóxicos hasta cortocircuitos e incendios. Además, los minientornos mejoran la protección y las condiciones de trabajo de los operarios de las instalaciones. Pueden trabajar en naves industriales con una humedad del aire normal y agradable para las personas, y en caso de posibles fallos en el punto de uso, están protegidos contra la liberación de gases y ácidos mediante medidas especiales.
Prueba de concepto exitosa
El proyecto QueEn avanza por un camino prometedor en la implementación de los minientornos. Weiss Klimatechnik ya ha llevado a cabo la prueba de concepto. A finales de año se entregarán dos prototipos al Instituto Fraunhofer y se pondrán en funcionamiento en un demostrador a gran escala. Hasta la finalización del proyecto en el año 2026 se llevarán a cabo nuevas optimizaciones. Martha Willmot espera que algunas de las soluciones desarrolladas puedan incluso patentarse. El proyecto QueEn demuestra cómo la colaboración entre centros de investigación y socios industriales puede fortalecer la competitividad económica de Europa y garantizar su posicionamiento sostenible a largo plazo.