Descripció del projecte
Davant el gran creixement del mercat de la mobilitat elèctrica, l’ús de bateries d’ions de Liti està experimentant un augment significatiu arreu del
món. A més, també s’espera que les bateries siguin crítiques en altres aplicacions que actualment estan en procés d’electrificació, com la
construcció, l’aeronàutica o el transport naval.
És clar doncs, que el sector de les bateries està en creixement. Tot i que les bateries han evolucionat notablement en les últimes dècades, encara es
treballa per millorar el seu rendiment en termes de densitat energètica, seguretat o temps de vida. Per millorar la densitat energètica, el sector està
contínuament innovant i investigant sobre l’ús de nous materials que permetin generar noves tipologies de bateries, com podrien ser les bateries
d’electròlit sòlid, les de sodi o les de Liti sulfur. Per una altra banda, per millorar el rendiment de les bateries caldria realitzar una monitorització
més precisa que ens permetés fer un ús òptim de la energia disponible i, al mateix temps, allargar la seva vida útil. D’aquesta manera, es facilitaria
el posterior procés de reutilització o reciclatge. El dispositiu de control encarregat de la monitorització i gestió de la bateria és el Battery
Management System (BMS). En els propers anys, s’espera que el BMS evolucioni de tal manera que sigui capaç de treballar amb paràmetres de les
bateries més complexos, per tal d’extreure l’energia de manera més eficient i segura.
A més a més, amb l’actual situació de crisi climàtica, altres punts a tenir en compte són que l’ús de materials i el desenvolupament de dispositius
siguin respectuosos amb el medi ambient. Per aquest motiu, es busquen estratègies, com poden ser els estudis de reducció d’impacte, que permetin
augmentar la producció de bateries d’ions de Liti de manera que l’impacte sobre l’entorn sigui mínim. També es contribueix a minimitzar l’impacte
mitjançant la reutilització de les bateries a aplicacions de segona vida o reciclant els materials un cop ha finalitzat la seva vida útil.
El candidat o candidata realitzarà el seu doctorat industrial en el marc de dos projectes europeus (HEALING BAT i NEXTBAT) amb un mateix objectiu:
caracteritzar i controlar de manera eficient i segura l’estat de bateries de nova generació i trobar noves aplicacions per les noves tecnologies de
bateries que es desenvolupin.
El disseny i control de les noves generacions de bateries és un repte que afecta a molts àmbits de la indústria. Per aquest motiu, la Unió Europea
també s’ha involucrat en el desenvolupament de noves generacions de bateries mitjançant la publicació dels projectes Horizon 2030+. La UE també
ha definit uns temps de desenvolupament desitjats segons el tipus de nova tecnologia de bateria. Aquests terminis estan recollits en una classificació
pròpia de la UE que marca el ritme de desenvolupament desitjat dels nous conceptes de bateries. En aquest cas, el projecte està centrat en les
tecnologies 4b i 5, dos dels tipus de bateries més innovadors que s’han classificat segons la UE. Aquests s’han d’introduir al mercat al voltant del
2025 i estar plenament introduïts a l’any 2030.
En el cas del tipus 4b es tracta de bateries d’electròlit sòlid, una de les tecnologies amb més futur ja que inclou moltes de les característiques
necessàries per poder aconseguir els objectius clau descrits anteriorment. Per altra banda, l’altre tipus de bateria que necessita encara més
maduresa és el cas de la bateria de Li-Sulfur (tipus 5), una tecnologia amb molts avantatges i novetats com la capacitat de millorar la seva salut a
través d’un canvi extern de temperatura o pressió.
Per donar resposta als reptes que es plantegen en els projectes, el doctorand o doctoranda haurà de desenvolupar un BMS que sigui capaç de
determinar els estats de càrrega i de salut de les bateries a partir de les magnituds físiques que es poden mesurar (voltatge, corrent, temperatura,
pressió…) o determinar (potència, impedància…). Per fer-ho, caldrà caracteritzar les bateries i desenvolupar un model que haurà de ser vàlid per les
diferents tecnologies amb les que es treballarà. Aquest model s’haurà de reduir per introduir-lo al microcontrolador. A més, caldrà dotar al BMS de
l’electrònica necessària per obtenir els paràmetres requerits en el model i de les proteccions oportunes per controlar, en tot moment, el possible
mal funcionament de la bateria.
