Investigadores del Instituto Fraunhofer de Tecnología de Materiales y Vigas IWS en Dresde han desarrollado un nuevo proceso de producción con el objetivo de una producción futura de baterías eficiente y respetuosa con el medio ambiente. Recubren los electrodos de las celdas de almacenamiento de energía con una película seca en lugar de productos químicos líquidos. Este proceso simplificado ahorra energía y elimina los solventes tóxicos. Actualmente, una empresa finlandesa está probando con éxito la nueva tecnología IWS en la práctica.

Cada vez hay más demanda de métodos de producción mejores y más rentables para el almacenamiento de energía. especialmente en Alemania:todos los principales fabricantes de automóviles han lanzado ambiciosos programas de vehículos eléctricos que garantizarán un fuerte aumento de la demanda de baterías. Hasta aquí, Las empresas alemanas han estado comprando las células con este fin en Asia. Hay dos razones principales que impulsan esta tendencia:los grupos de tecnología asiáticos tienen muchos años de experiencia en la producción en masa de celdas de batería y se consume mucha energía en estos procesos. Producción en lugares con altos precios de la electricidad. como Alemania, es, por lo tanto, muy caro.

No más solventes tóxicos, menores costos de electricidad

Es exactamente este hecho que los ingenieros de Saxon Fraunhofer quieren cambiar:"Nuestro proceso de recubrimiento por transferencia en seco tiene como objetivo reducir notablemente los costos del proceso en el recubrimiento de electrodos, "enfatiza el gerente de proyectos de IWS, el Dr. Benjamin Schumm." Los fabricantes pueden eliminar solventes tóxicos y costosos y ahorrar costos de energía durante el secado. Además, nuestra tecnología también facilita el uso de materiales de electrodos que son difíciles o incluso imposibles de procesar químicamente en húmedo ".

Pero estos materiales son necesarios para futuras baterías con mayor densidad energética. "Por todas estas razones, Creemos que nuestra tecnología puede ayudar a lograr una producción de celdas de batería competitiva a nivel internacional en Alemania y Europa ".

Planta piloto puesta en marcha con éxito en Finlandia

Este potencial también es visto por los socios nórdicos de Fraunhofer:la empresa finlandesa de baterías "BroadBit Batteries, "junto con IWS, ha puesto en marcha una planta piloto en su fábrica de Espoo, que recubre los electrodos con material de electrodo seco en lugar de pastas húmedas, como ha sido habitual en la industria hasta ahora. BroadBit lo usa para producir nuevos tipos de baterías de iones de sodio. "La demanda de nuestra tecnología es alta, incluso en Alemania, "informa Benjamin Schumm.

A escala de laboratorio, el IWS ya puede recubrir láminas de electrodos con una notable velocidad de producción de varios metros por minuto. A este respecto, los ingenieros de Dresde pueden mostrar el potencial para transferir la tecnología a la escala de producción.

Límites de la química húmeda clásica

Hasta ahora, Los productores de celdas han recubierto en su mayoría los electrodos de sus baterías en un complejo proceso químico húmedo. Primero, mezclan los materiales activos, destinado posteriormente a liberar la energía almacenada, con aditivos para crear una pasta. En este proceso agregan solventes orgánicos, que son costosos y usualmente tóxicos. Para proteger a los operadores y al medio ambiente, son necesarias elaboradas precauciones para la seguridad ocupacional y el reprocesamiento.

Una vez que la pasta se ha aplicado a láminas de metal delgadas, Comienza un paso de proceso más costoso:decenas de secciones de calentamiento de un metro de largo secan las películas recubiertas antes de que puedan procesarse más. Este procedimiento de secado suele ocasionar altos costos de electricidad.

Las moléculas de unión forman una telaraña

La nueva tecnología de transferencia de película para recubrimiento de electrodos secos, por otra parte, funciona sin estos pasos de proceso costosos y perjudiciales para el medio ambiente:los ingenieros de IWS mezclan su material activo con polímeros aglutinantes. Procesan esta mezcla seca en un laminador conocido como "calandria".

Las fuerzas de cizallamiento en este sistema arrancan cadenas moleculares completas de los polímeros aglutinantes. Estas "fibrillas" se unen a las partículas del electrodo como en una telaraña. Esto proporciona estabilidad al material del electrodo. El resultado es una capa de material de electrodo seco flexible. En el siguiente paso, la calandra lamina la película de 100 micrómetros de espesor directamente sobre una hoja de aluminio, creando así el electrodo de la batería.

De camino a la batería ignífuga de estado sólido

"De este modo, también podemos procesar materiales para nuevas generaciones de baterías donde fallan los procesos clásicos, "dice Benjamin Schumm. Estos incluyen, por ejemplo, sistemas de almacenamiento de energía que utilizan azufre como material activo o baterías de estado sólido que emplean sólidos conductores de iones en lugar de electrolitos líquidos inflamables. "Estas baterías podrán almacenar más energía en el mismo volumen que las baterías de iones de litio actuales, "dice el científico de IWS con miras al futuro". Sin embargo, estos electrolitos sólidos pueden perder sus propiedades funcionales en contacto con disolventes.

Un proceso de recubrimiento sin solventes está significativamente mejor calificado para producir estos medios de almacenamiento ". En el proceso de procesamiento de electrodos para todas las baterías de estado sólido, los investigadores han alcanzado un hito importante al aplicar su tecnología de película seca con contenidos extremadamente bajos de aglutinantes. publicaron sus resultados en ScienceDirect.

El proceso podría reemplazar los procesos de pasta clásicos.

Los ingenieros de Dresde ahora apuntan a mejorar su tecnología en cooperación con socios industriales para lograr su gran avance. En el proyecto "DryProTex" financiado por BMBF, por ejemplo, están desarrollando aún más el proceso de recubrimiento por transferencia en seco junto con las empresas Saueressig, INDEV, Netzsch Trockenmahltechnik y Broad-Bit Batteries.

Los socios esperan un cambio fundamental en la producción de baterías:"La tecnología ofrece un gran potencial para reemplazar los procesos convencionales para la producción de electrodos a base de pasta a largo plazo, ", concluye Benjamin Schumm. En el material del proyecto DryProTex, Los desarrollos de procesos y equipos se llevan a cabo con el objetivo de realizar el diseño de procesos para la producción de cátodos secos a escala industrial.