La innovación de la Universidad de Cornell podría reducir hasta un 15 % el consumo eléctrico de las fábricas y ahorrar millones de euros en producción.
- 🔋 Hasta un 60 % menos de tiempo: dos nuevos protocolos aceleran la etapa de formación de baterías de iones de litio.
- ⚡ Entre un 10 % y un 15 % de ahorro eléctrico potencial: reducción estimada del consumo total de una fábrica.
- 🔬 Observación en tiempo real: dos técnicas permiten analizar cómo se forman las capas protectoras dentro de las celdas.
- 🏭 Probado en instalaciones industriales: la empresa estadounidense Charge CCCV (C4V) ha ensayado los protocolos con resultados comparables al procedimiento convencional.
- 💰 Hasta 100 millones de dólares de ahorro anual potencial: estimación para grandes operaciones industriales, todavía no acreditada como ahorro comercial efectivo.
La fabricación de baterías de iones de litio podría volverse considerablemente más rápida y eficiente gracias a un avance desarrollado por investigadores de la Universidad de Cornell, en Estados Unidos, en colaboración con la empresa especializada Charge CCCV (C4V).
El equipo ha desarrollado una metodología que permite observar los cambios químicos que se producen dentro de las baterías mientras se fabrican. A partir de esa información, los investigadores han conseguido reducir hasta aproximadamente un 60 % el tiempo necesario para completar una de las fases más costosas del proceso, manteniendo un rendimiento comparable al obtenido mediante el procedimiento convencional.
El avance, publicado el 28 de octubre de 2026 en la revista científica Energy Storage Materials, podría contribuir a reducir el consumo energético, los costes industriales y las necesidades de espacio de las fábricas de baterías.
El problema de fabricar una batería: una etapa lenta y costosa
Cuando se fabrica una batería de iones de litio, no basta con ensamblar sus electrodos, incorporar el electrolito y cerrar la celda. Antes de que pueda utilizarse comercialmente, debe superar una etapa fundamental conocida como formación electroquímica.
Durante este proceso, la batería se somete a ciclos iniciales de carga y descarga cuidadosamente controlados. Estas operaciones provocan reacciones químicas que generan capas protectoras en las interfaces entre los electrodos y el electrolito.
Una de las más importantes es la denominada interfase de electrolito sólido (SEI, por sus siglas en inglés), cuya estabilidad influye directamente en la eficiencia, la degradación y la vida útil de la batería.
El problema es que este procedimiento requiere tiempo, electricidad y numerosos equipos de carga y descarga.
Según los datos proporcionados por los investigadores, la formación representa aproximadamente un tercio de los costes de producción de las baterías y ocupa alrededor de una cuarta parte de la superficie de una fábrica.
Además, evaluar las consecuencias de modificar los protocolos de formación puede exigir miles de ciclos de funcionamiento y meses o incluso años de ensayos.
Por eso, acelerar esta fase sin perjudicar la estabilidad de las celdas constituye uno de los grandes retos de la industria.
Una forma de observar lo que ocurre dentro de la batería
La solución desarrollada por el equipo dirigido por Vibha Kalra, profesora de Ingeniería Química de Cornell, consiste en combinar dos técnicas de diagnóstico que permiten estudiar la batería mientras está funcionando.
La primera es la espectroscopia Raman operando, que proporciona información sobre las transformaciones químicas que ocurren en las superficies de los electrodos.
La segunda es la espectroscopia de impedancia electroquímica operando, utilizada para analizar cómo evoluciona la resistencia eléctrica de los distintos procesos internos.
Al combinar ambas mediciones, los investigadores pueden seguir la formación de las capas protectoras y determinar cuándo empiezan a estabilizarse.
Esta información resulta especialmente valiosa porque permite comprender qué partes del procedimiento necesitan más tiempo y cuáles pueden acelerarse.
En lugar de modificar los ciclos de carga y descarga mediante sucesivas pruebas de ensayo y error, los fabricantes podrían ajustar sus protocolos utilizando información electroquímica obtenida directamente durante el proceso.
El descubrimiento: cargar despacio, pero descargar más rápido
Uno de los resultados más interesantes de la investigación es que no todas las etapas de la formación requieren la misma velocidad.
Los experimentos demostraron que una carga inicial más lenta favorece la aparición de capas protectoras más uniformes y ricas en componentes inorgánicos, características asociadas a una interfaz más estable.
Sin embargo, los investigadores comprobaron que era posible aumentar la velocidad de descarga sin perjudicar el proceso de formación en las condiciones estudiadas.
También observaron que determinadas mediciones de resistencia comenzaban a estabilizarse después de aproximadamente 1,5 ciclos de carga y descarga.
Este comportamiento proporcionó una señal temprana para identificar cuándo se estaban estableciendo las propiedades electroquímicas deseadas.
A partir de estas observaciones, el equipo diseñó dos protocolos de formación acelerada.
Ambos fueron evaluados en las instalaciones de Charge CCCV, en Binghamton, Nueva York, donde consiguieron reducir el tiempo de formación hasta aproximadamente un 60 %, manteniendo prestaciones comparables a las del proceso utilizado habitualmente por la empresa.
El resultado es especialmente relevante porque la investigación no se ha limitado a demostrar un fenómeno en condiciones exclusivamente académicas: también se ha trasladado a pruebas en un entorno industrial.
Hasta un 15 % menos de electricidad para fabricar baterías
La reducción del tiempo de formación podría tener consecuencias importantes sobre el consumo energético de las instalaciones.
Según las estimaciones comunicadas por Charge CCCV, esta etapa representa aproximadamente una cuarta parte de la electricidad consumida por una fábrica de baterías.
Si se consigue reducir su duración a la mitad o más, el consumo eléctrico total de la instalación podría disminuir entre un 10 % y un 15 %.
Conviene distinguir entre los resultados experimentales y las proyecciones industriales: la reducción del tiempo de formación se ha demostrado en las pruebas descritas, mientras que el ahorro eléctrico corresponde a una estimación de su posible aplicación a escala de fábrica.
Por ejemplo, en una instalación que consumiera 100 GWh de electricidad al año, una reducción del 10 % al 15 % equivaldría a ahorrar entre 10 y 15 GWh anuales.
Esta electricidad podría destinarse a otros procesos industriales o, dependiendo de la fuente energética utilizada, traducirse en una disminución de las emisiones indirectas asociadas a la fabricación.
Además, reducir el tiempo durante el que las baterías permanecen conectadas a los equipos de formación permitiría liberar capacidad productiva, disminuir el inventario de celdas en proceso y aprovechar mejor el espacio disponible.
Un ahorro económico potencial de hasta 100 millones de dólares
El impacto económico también podría ser considerable.
Los responsables del proyecto estiman que las grandes operaciones industriales podrían alcanzar ahorros de hasta 100 millones de dólares anuales en costes relacionados con la formación de las baterías.
Esta cifra representa una proyección de los investigadores y sus colaboradores industriales, no un ahorro anual que ya se haya demostrado comercialmente.
Su materialización dependerá de factores como el tamaño de la fábrica, los equipos instalados, el protocolo utilizado, los costes energéticos y la posibilidad de adaptar el procedimiento a diferentes composiciones químicas y formatos de celda.
También será necesario comprobar cómo se comportan las baterías durante periodos prolongados de funcionamiento, especialmente cuando los nuevos protocolos se apliquen a mayores volúmenes de producción.
¿Qué significa este avance para los vehículos eléctricos y las energías renovables?
La importancia de esta investigación va más allá de conseguir que una fábrica produzca baterías con mayor rapidez.
Las baterías de iones de litio desempeñan un papel fundamental en la electrificación del transporte y en el almacenamiento de energía procedente de instalaciones solares y eólicas.
Sin embargo, su fabricación exige materiales, electricidad, instalaciones industriales y numerosos controles de calidad.
Cualquier mejora que permita producir más capacidad de almacenamiento utilizando menos energía y recursos puede contribuir a reducir el impacto ambiental asociado a su fabricación.
En este caso, el avance presenta tres ventajas potenciales:
- Menor consumo energético industrial, al acortar una etapa especialmente intensiva en electricidad.
- Mayor capacidad de producción, al reducir el tiempo que cada batería permanece en los equipos de formación.
- Menores costes de fabricación, que podrían favorecer baterías más competitivas para vehículos eléctricos y sistemas estacionarios de almacenamiento.
No obstante, la investigación no demuestra por sí misma que las baterías resultantes tengan una vida útil superior, una mayor densidad energética o una reducción determinada de su huella de carbono.
Su principal aportación consiste en mejorar el conocimiento y el control de una etapa industrial que hasta ahora requería largos procedimientos de optimización.
De la investigación científica a las fábricas de baterías
El proyecto se ha desarrollado con el apoyo del programa NSF Energy Storage Engine in Upstate New York, una iniciativa estadounidense que promueve la colaboración entre universidades y empresas del sector del almacenamiento energético.
La participación de Charge CCCV ha permitido contrastar los resultados científicos con las necesidades reales de fabricación.
El siguiente desafío será determinar hasta qué punto estos protocolos pueden generalizarse a diferentes tecnologías de baterías y mantenerse eficaces en operaciones industriales continuas.
Si los resultados se reproducen a gran escala, esta metodología podría convertirse en una herramienta para fabricar baterías de litio con menos tiempo, menos electricidad y un mejor aprovechamiento de las instalaciones existentes.
En un sector donde buena parte de la innovación se concentra en descubrir nuevos materiales, esta investigación demuestra que comprender mejor los procesos de fabricación también puede ofrecer importantes oportunidades para abaratar y hacer más sostenible el almacenamiento de energía.
Más información: Accelerating Formation Cycle in Battery Manufacturing: Real-Time Insights Using Operando Techniques
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