A partir de este año, se desarrollarán baterías cilíndricas para obtener los parámetros clave que permitirán escalar a baterías de mayor capacidad. Estas tecnologías se desarrollan en el Laboratorio de Electroquímica del Departamento de Química de la Universidad Católica del Norte (UCN), bajo la iniciativa “Lithium I+D+i”. Otras novedades en economía circular también incluyen la extracción de carbonos derivados de biomasa provenientes de material de desechos orgánico, para su uso en baterías recargables.

Tras la fabricación de las primeras baterías de litio tipo botón en julio de 2023, la iniciativa “Lithium I+D+i: Centro de Investigación, Desarrollo e Innovación en Baterías de Litio” de la Universidad Católica del Norte (UCN), hoy avanza en materia de investigación y anuncia el desarrollo de nuevos materiales catódicos y anódicos, además de la implementación de una línea de ensamblaje de baterías cilíndricas en Antofagasta. 

El Dr. Sergio Conejeros, Líder Área de Nuevos Materiales y Celdas de Batería de Lithium I+D+i de UCN, destacó que el objetivo del proyecto es desarrollar prototipos con un alto nivel de madurez tecnológica. “Actualmente estamos probando nuevos materiales en baterías pequeñas tipo botón y, a partir de este año, comenzaremos a trabajar con baterías cilíndricas para obtener los parámetros clave que nos permitirán escalar a baterías de mayor capacidad”, explicó el investigador. 

El desarrollo de estas tecnologías tiene lugar en el Laboratorio de Electroquímica del Departamento de Química de la UCN, bajo el marco de la iniciativa “Lithium I+D+i”, que cuenta con financiamiento de la empresa SQM. Su propósito es impulsar la investigación científica y la innovación tecnológica en toda la cadena de valor de las baterías de litio. En este sentido, el Dr. Alifhers Mestra, investigador postdoctoral de Materiales y Celdas de Baterías de Lithium I+D+i de UCN, sostiene que: «los materiales obtenidos presentan capacidades elevadas y comparables a las de las baterías de venta comercial. Esto permitiría desarrollar baterías con nuevos materiales prometedores, utilizando cátodos y ánodos fabricados al 100% en el laboratorio de Nuevos Materiales y Celdas de Baterías de la UCN. A corto plazo, la meta es ampliar el diseño de baterías más allá del formato CR2032 (tipo botón) hasta las cilíndricas 18650 y, posteriormente, escalar a la fabricación de módulos con esto materiales prometedores. Estamos adquiriendo conocimiento clave y la infraestructura necesaria para la fabricación de estos dispositivos en 2025«. 

El Laboratorio de Nuevos Materiales y Celdas de Baterías de Lithium I+D+i de UCN se dedica al estudio y desarrollo de materiales para sistemas de almacenamiento de energía secundaria, principalmente baterías de ion-litio y supercondensadores de ion-litio. En el caso de las baterías de ion-litio, el equipo de investigación trabaja en la síntesis de materiales para ánodos, cátodos y electrolitos sólidos. 

Entre los materiales catódicos investigados destacan los óxidos de metales de transición como hierro, níquel, manganeso y molibdeno, entre otros, en configuraciones de óxidos ternarios y de alta entropía ricos en litio, con estructuras tridimensionales y laminares. A la fecha, se han diseñado y caracterizado prototipos a nivel estructural, morfológico y electroquímico, alcanzando capacidades reversibles del orden de 160 mAh·g−1, valores comparables a los obtenidos con materiales comerciales como el LiFePO4. «Actualmente, la industria china lidera la síntesis y aplicación de este tipo de materiales en el desarrollo de dispositivos de almacenamiento de energía, como baterías secundarias y supercondensadores. El desarrollo de estos compuestos en el contexto nacional representa una oportunidad estratégica, considerando que Chile es también productor de varios metales involucrados. Esto permitiría generar dispositivos con distintas prestaciones, como las baterías tipo botón utilizadas en relojes o marcapasos, así como baterías cilíndricas, ampliamente empleadas en juguetes, computadores portátiles y sistemas de electromovilidad. Este potencial podría contribuir al fortalecimiento de una industria local alineada con los lineamientos de la Ley de Responsabilidad Extendida del Productor (Ley REP)», sostiene Conejeros. 

Los materiales utilizados se obtienen a partir de precursores basados en molibdeno, hierro, níquel y manganeso. Estos pueden emplearse en dispositivos de almacenamiento de energía, desde aplicaciones de baja potencia, como relojes de pared, balanzas de peso y controles remotos en el caso de las baterías tipo CR2032, hasta aplicaciones de mayor demanda energética, como carros de control remoto y patinetas eléctricas (Scooter) a nivel de módulo en el caso de las baterías cilíndricas 18650. 

El desarrollo de baterías cilíndricas de alta capacidad y su posterior escalamiento a nivel de módulo representaría una gran oportunidad para posicionar a la UCN como la primera institución -en la región y el país- en fabricar dispositivos eficientes con materiales 100 % desarrollados en Chile. Además, estos materiales son abundantes, económicos y no tóxicos, lo que se alinea con la agenda nacional del gobierno y la Ley REP, promoviendo así una industria más sustentable e innovadora en el ámbito del almacenamiento de energía. 

El laboratorio también está comprometido con la transición energética y la economía circular. En este sentido, investiga el uso de carbonos derivados de biomasa que provienen de desechos domiciliarios de tipo orgánico, para su aplicación en ánodos de baterías recargables. 

En el ámbito de los electrolitos sólidos, el Dr. Jonathan Cisterna, investigador Materiales y Celdas de Baterías/ Procesos de Reciclajes de Lithium I+D+i de UCN y académico del departamento de química destaca que «el laboratorio ha logrado combinar lo mejor de los sistemas inorgánicos y metal- orgánicos, diseñando electrolitos con alta conductividad iónica. En este sentido hoy se desarrollan materiales para electrolitos sólidos con híbridos orgánicos-inorgánicos, que permitirán resolver algunos problemas relacionados con esta potencial tecnología, que se postula como tecnología para las baterías de próxima generación, donde la electromovilidad está sonando muy fuerte dentro de sus aplicaciones. 

Actualmente, el equipo de investigación del área de nuevos materiales y celdas de batería lo integran seis estudiantes de maestría, siete académicos y un investigador postdoctoral, además de contar con colaboraciones nacionales e internacionales y alianzas estratégicas con instituciones como Fraunhofer y el Instituto Tecnológico de la Energía (ITE) de Valencia, España, fortaleciendo el desarrollo de materiales que impacten en tecnologías innovadoras en almacenamiento de energía.