Fabricación de electrodos en baterías de polímero de litio con eficiencia energética y respetuosa con el medio ambiente
Nuevo proceso de revestimiento en seco sin disolventes
Las baterías de iones de litio se han convertido en una parte indispensable de nuestra vida cotidiana. Suministran energía a nuestros teléfonos móviles, se instalan como fuente de energía en los vehículos eléctricos y, como grandes sistemas de baterías estacionarias, proporcionan el suministro y el almacenamiento de energía para muchas aplicaciones industriales. La producción convencional de electrodos a base de disolventes ofrece muy buenos resultados, pero se caracteriza por un elevado consumo de recursos y energía. Los científicos del Fraunhofer ISIT están trabajando en la forma de llevar a cabo la producción de forma más rentable y respetuosa con el medio ambiente, centrándose en la producción sin disolventes de los electrodos.
Un nuevo proceso de recubrimiento en seco sin disolventes permite una producción de láminas de electrodos eficiente desde el punto de vista energético y respetuosa con el medio ambiente.
Fraunofer ISIT / photocompany Itzehoe
Al fin y al cabo, los métodos de producción rentables y, al mismo tiempo, respetuosos con el medio ambiente son una necesidad para la futura producción de células de batería con el fin de servir a los numerosos campos de aplicación.
Normalmente, las láminas de electrodos se producen en grandes cantidades en un proceso de rollo a rollo. En las plantas de revestimiento, el material de sustrato, que se encuentra en grandes rollos, se desenrolla continuamente sobre una serie de rodillos y se recubre con el material de electrodos. En este proceso, se aplica a una lámina metálica una suspensión de disolvente, material activo y un aglutinante que garantiza la adhesión del material. A continuación, la lámina de electrodos recubierta pasa por un horno de secado y finalmente se rebobina en otro rollo. Estas líneas son muy grandes; pueden tener hasta cien metros de longitud, dependiendo de la duración del proceso de secado.
Este método de producción tiene varios inconvenientes: la producción de la suspensión lleva mucho tiempo, el disolvente es perjudicial para el medio ambiente y, debido al largo tiempo de secado en el horno, el proceso en sí consume mucha energía.
Por eso los científicos del ISIT apuestan por un proceso de recubrimiento en seco sin disolventes. Para ello, elaboraron una mezcla en polvo de material activo, aditivos conductores y un aglutinante adecuado. Para conseguir una aplicación lo más uniforme posible y unos grosores de capa definidos con precisión, esta mezcla de polvo se aplica al sustrato mediante un proceso especial de esparcimiento.
La cantidad de polvo aplicada puede ajustarse con precisión mediante los parámetros de esparcimiento y la velocidad a la que la película portadora pasa por la máquina. En principio, los científicos se enfrentaron al mismo reto que un pastelero que quiere extender azúcar en polvo sobre su tarta de la forma más uniforme posible, sin grumos. A continuación, el material se fija al soporte en un proceso de corta duración.
El nuevo proceso de recubrimiento en seco sin disolventes patentado por el ISIT para la producción de electrodos de baterías de iones de litio es prometedor. Con unas propiedades electroquímicas comparables a las de los electrodos de producción establecida, este nuevo proceso no sólo permitirá en el futuro unas líneas de producción mucho más compactas, sino también un ahorro de energía primaria de hasta el 50%, ya que se eliminan las largas secciones de secado que consumen mucha energía durante la producción. Tanto el ahorro de tiempo en la producción de la mezcla de polvos como la reducción significativa de las necesidades de energía para el recubrimiento debido a la eliminación del secado ofrecen condiciones óptimas para reducir las necesidades de recursos y costes.
"La tecnología de recubrimiento en seco tiene el potencial de reducir significativamente los costes y las emisiones de la producción de electrodos en comparación con los procesos utilizados habitualmente en la actualidad. El proceso desarrollado en el ISIT supone, por tanto, una contribución directa al desarrollo de tecnologías de almacenamiento económicas y respetuosas con el medio ambiente para aplicaciones móviles y estacionarias", resume el responsable del proyecto en el Fraunhofer ISIT, Jannes Ophey.
El Fraunhofer ISIT presentará la nueva tecnología de recubrimiento en seco en la Hannover Messe Energy 2022 en el stand conjunto de Schleswig-Holstein, pabellón 13, stand D 50.
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