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, el proceso deja de comportarse exactamente igual: aparecen gradientes de temperatura, diferencias en el mezclado, cambios en los tiempos efectivos de reacción y posibles variaciones en la transferencia de masa. Todos estos factores pueden afectar directamente a propiedades críticas del material, como la homogeneidad química, la morfología, el tamaño de distribución de partícula, la cristalinidad o la presencia de impurezas. Y, en baterías, pequeños cambios en estas propiedades pueden traducirse en diferencias importantes en el rendimiento electroquímico.

El gran reto de escalar 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 entender y reproducir todo el proceso de forma consistente para obtener un material con la misma calidad y el mismo rendimiento que el obtenido a escala de laboratorio.

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 reto principal es asegurar robustez y reproducibilidad del proceso cuando cambian las escalas de operación.

En la práctica, como se ha mencionado en el punto anterior, parámetros que en laboratorio están perfectamente acoplados, dejan de ser equivalentes al escalar. Esto obliga a redefinir condiciones de operación, lo que suele implicar una inversión significativa de tiempo y recursos económicos antes de alcanzar un proceso robusto. Además, aparecen exigencias industriales adicionales: mantenimiento de composición homogénea, ausencia de fases secundarias y consistencia lote a lote, ya que pequeñas desviaciones pueden impactar en seguridad, vida útil y rendimiento.

Por tanto, el escalado no es una simple ampliación de volumen, sino una reingeniería del proceso para hacer el material bajo condiciones físicas distintas.

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. El tiempo de reacción, la velocidad de la misma, 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 composites 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. Desde el punto de vista del escalado, en muchos casos se observa una desconexión entre lo que se reporta en la literatura y su viabilidad industrial. A menudo se publican materiales con prestaciones muy elevadas obtenidos mediante rutas de síntesis muy complejas, con múltiples etapas, o el uso de reactivos que son asumibles a escala de laboratorio en miligramos, pero que a escala de kilogramo pueden suponer un impacto económico y logístico muy significativo. Esto afecta directamente a la escalabilidad del proceso, ya que en algunos casos el coste y la complejidad de fabricación pueden llegar a ser incompatibles con el beneficio real que aporta el material en aplicación. 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.

Por ejemplo, en el caso del silicio, uno de los principales problemas es la pérdida de homogeneidad en la distribución del silicio en el composite, lo que puede dar lugar a zonas localmente enriquecidas o empobrecidas. Esto impacta directamente en el comportamiento electroquímico, ya que el silicio sufre una expansión volumétrica significativa durante el ciclado y cualquier heterogeneidad se traduce en tensiones mecánicas locales y degradación acelerada.

En los materiales ricos en litio, el tratamiento térmico no es una etapa secundaria: es una etapa decisiva. Un perfil térmico inadecuado puede alterar el orden estructural, favorecer fases no deseadas o aumentar defectos, haciendo que el material deje de comportarse como un Li-rich funcional. En ese caso, no estamos simplemente ante una pérdida de rendimiento, sino ante una pérdida del propio concepto de material. Además, estos materiales de nueva generación suelen presentar desafíos adicionales relacionados con su estabilidad, su procesabilidad o su integración en la celda. 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 ofrecer grandes prestaciones cuando se integre en una batería. Su procesabilidad es igual de importante: debe mantener su estabilidad durante los procesos de fabricación de las tintas y del electrodo, y ser compatible con el resto de los 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 extrapolar directamente los cálculos o condiciones del laboratorio para aumentar la producción. En la práctica, esto no funciona así: al cambiar la escala también cambian los regímenes de  transferencia de calor y masa y la cinética efectiva del proceso. Además, los equipos tampoco son simplemente versiones “más grandes” de los del laboratorio sino sistemas distintos, diseñados para operar en otro régimen y que requieren adaptación específica de los parámetros de proceso.

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 lote a 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 a escala, 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.