1º ¿Por qué es tan difícil que un material para baterías que funciona en el laboratorio mantenga el mismo rendimiento cuando se escala su producción?

Cuando un material se desarrolla en el laboratorio, normalmente se trabaja con cantidades muy pequeñas y en condiciones muy controladas. Sin embargo, al aumentar la escala de producción entran en juego muchos factores que pueden alterar sus propiedades, como la homogeneidad de la mezcla, la distribución de la temperatura, los tiempos de reacción o la morfología final de las partículas.

El gran reto consiste en conseguir que ese material mantenga las mismas prestaciones electroquímicas cuando pasamos de unos pocos gramos a cientos de gramos o incluso kilogramos. No se trata simplemente de fabricar más cantidad, sino de reproducir el proceso de forma consistente para obtener un material con la misma calidad y el mismo rendimiento.

Por eso, el escalado es una fase crítica en el desarrollo de baterías. Validar que un material conserva su comportamiento al aumentar la producción permite reducir el riesgo tecnológico y acerca la innovación a una aplicación industrial real.

2º Cuando una empresa desarrolla un nuevo material, ¿cuáles son los principales retos técnicos que aparecen al pasar de gramos a cientos de gramos o kilogramos?

El principal reto es que muchos de los parámetros que funcionan a pequeña escala dejan de comportarse igual cuando aumenta el volumen de producción. Aspectos como la transferencia de calor, la mezcla de los reactivos, la velocidad de agitación o el tiempo de residencia pueden cambiar significativamente y afectar a la estructura y calidad del material obtenido.

Además, a medida que se incrementa la cantidad producida, es fundamental garantizar la reproducibilidad del proceso. La industria necesita que cada lote presente las mismas propiedades, ya que pequeñas variaciones en la composición, el tamaño de partícula o la homogeneidad pueden traducirse en diferencias de rendimiento, seguridad o vida útil de la batería.

Por ello, el escalado no consiste únicamente en aumentar la capacidad de producción, sino en comprender cómo evoluciona el proceso y ajustar las condiciones para que el material mantenga las prestaciones alcanzadas en el laboratorio de una forma robusta y reproducible.

3º ¿Qué parámetros del proceso de síntesis son los más críticos para garantizar que un material conserve sus propiedades al aumentar la escala de producción?

Los parámetros más críticos dependen de la tecnología y del material que se esté desarrollando, pero algunos son comunes a la mayoría de los procesos. La temperatura, el tiempo de reacción, la velocidad de calentamiento y enfriamiento, la homogeneidad de la mezcla, la atmósfera de síntesis o las condiciones de calcinación influyen directamente en propiedades como el tamaño de partícula, la composición, la cristalinidad o la morfología del material.

El reto consiste en controlar todas estas variables para que el material obtenido a mayor escala sea equivalente al desarrollado en el laboratorio. Solo así es posible garantizar que mantenga las mismas prestaciones electroquímicas y que el proceso sea reproducible, un requisito imprescindible para su futura industrialización.

4º Cada vez se habla más de materiales de nueva generación, como los ricos en litio o los compuestos con silicio. ¿Qué desafíos presentan estos materiales desde el punto de vista del escalado y la validación?

Los materiales de nueva generación ofrecen un enorme potencial para mejorar la densidad energética, la autonomía o la sostenibilidad de las baterías, pero también son mucho más sensibles a las condiciones de fabricación. Materiales como los ricos en litio o los compuestos con silicio requieren un control muy preciso de la síntesis para mantener sus propiedades cuando aumenta la escala de producción.

Además, estos materiales suelen presentar desafíos adicionales relacionados con su estabilidad, su procesabilidad o su integración en la celda. Un material puede mostrar un comportamiento excelente en el laboratorio, pero eso no garantiza que pueda fabricarse de forma reproducible ni que mantenga ese rendimiento durante el procesado del electrodo o el ensamblaje de la batería.

Por eso, la validación es una etapa esencial. No basta con demostrar que un material funciona; también es necesario comprobar que puede producirse de forma consistente y que responde como se espera en condiciones próximas a las de una aplicación industrial.

5º En muchas ocasiones no basta con obtener un buen material. ¿Por qué es tan importante validar cómo se comporta durante el procesado y su integración en una celda?

Un material puede presentar unas propiedades excelentes desde el punto de vista químico, pero eso no garantiza que vaya a comportarse igual durante la fabricación de una batería. Su procesabilidad es igual de importante: debe poder transformarse en un electrodo de forma homogénea, mantener su estabilidad durante el procesado y ser compatible con el resto de componentes de la celda sin perder prestaciones.

Por eso, la validación no termina con la síntesis del material. Es imprescindible comprobar su comportamiento durante todas las etapas de fabricación y evaluar su rendimiento en una celda completa. Solo así se puede determinar si una tecnología está realmente preparada para dar el salto desde el laboratorio hasta una aplicación industrial.

6º ¿Qué errores o limitaciones encuentras con más frecuencia cuando una empresa intenta escalar un nuevo material por primera vez?

Uno de los errores más habituales es pensar que el escalado consiste simplemente en aumentar la cantidad de material manteniendo las mismas condiciones del laboratorio. En realidad, al cambiar la escala también cambian aspectos como la transferencia de calor, la mezcla de los reactivos o la cinética del proceso, por lo que es necesario adaptar y optimizar los parámetros de fabricación.

Otra limitación frecuente es centrarse únicamente en las propiedades del material y no en la reproducibilidad del proceso. Para que una tecnología llegue a la industria no basta con obtener un buen resultado una vez; es imprescindible demostrar que el material puede fabricarse de forma consistente, con la misma calidad y prestaciones en cada lote.

7º Mirando a los próximos cinco años, ¿qué tecnologías o líneas de investigación crees que tendrán un mayor impacto en el desarrollo de materiales para baterías?

En los próximos años veremos una fuerte apuesta por materiales capaces de aumentar la densidad energética, mejorar la seguridad y reducir la dependencia de materias primas críticas. En este contexto, tecnologías como los materiales ricos en litio, los ánodos con silicio o las químicas basadas en sodio seguirán ganando protagonismo, ya que responden a algunas de las principales necesidades de la industria.

Sin embargo, el éxito de estas tecnologías no dependerá únicamente de sus prestaciones en el laboratorio. Será fundamental desarrollar procesos de síntesis y fabricación que permitan producir estos materiales de forma reproducible, sostenible y a un coste competitivo, garantizando además su integración en celdas con un rendimiento fiable.

Por ello, la investigación avanzará cada vez más hacia un enfoque integral, en el que el desarrollo de nuevos materiales vaya de la mano de su escalado, validación y transferencia a la industria. Reducir el tiempo que transcurre entre un descubrimiento científico y su aplicación comercial será uno de los grandes retos del sector.

8º ¿Cómo ayuda CIC energiGUNE a reducir el riesgo tecnológico de las empresas que quieren llevar un nuevo material desde el laboratorio hasta una validación preindustrial?

En CIC energiGUNE acompañamos a las empresas en una de las fases más complejas del desarrollo de una nueva tecnología: el paso desde una receta de laboratorio hasta una validación en condiciones representativas para la industria. Nuestro objetivo es reducir la incertidumbre asociada al escalado, optimizando los procesos de síntesis y verificando que el material mantiene sus propiedades al aumentar la producción.

Para ello, no solo trabajamos en la fabricación del material, sino también en su procesado e integración en una celda. Esto nos permite evaluar su comportamiento en condiciones más cercanas a una aplicación real e identificar posibles limitaciones antes de que la empresa afronte inversiones de mayor escala.

De este modo, ayudamos a nuestros socios a tomar decisiones con una base técnica sólida, reduciendo tiempos de desarrollo y minimizando el riesgo tecnológico antes de abordar la industrialización o la producción a gran escala.