La tecnología de secado por pulverización utilizada en el café instantáneo se aplica a la producción de baterías de alta capacidad
Un electrodo con un contenido de material activo del 98%, líder en el mundo
El Instituto Coreano de Investigación Electrotecnológica (KERI) y el Instituto Coreano de Ciencia de Materiales (KIMS) han desarrollado conjuntamente la "tecnología de fabricación de electrodos secos de alto rendimiento basada en la tecnología de secado por pulverización" para la realización de baterías secundarias de alta capacidad.
(Primera fila, izquierda) La investigadora principal Jihee Yoon, del KIMS, y el investigador principal Insung Hwang, del KERI, han fabricado con éxito electrodos secos para baterías secundarias de alta capacidad mediante la técnica de secado por pulverización.
Korea Electrotechnology Research Institute
Los electrodos de las pilas secundarias se fabrican mezclando "materiales activos" que almacenan energía eléctrica, "aditivos conductores" que ayudan al flujo de electricidad y "aglutinantes" que actúan como una especie de adhesivo. Hay dos métodos para mezclar estos materiales: el "proceso húmedo", que utiliza disolventes, y el "proceso seco", que mezcla polvos sólidos sin disolventes. El proceso seco se considera más respetuoso con el medio ambiente que el proceso húmedo y ha ganado una gran atención como tecnología que puede aumentar la densidad energética de las pilas secundarias. Sin embargo, hasta ahora ha habido muchas limitaciones para conseguir una mezcla uniforme de materiales activos, aditivos conductores y aglutinantes en el proceso seco.
Para resolver este problema, KERI y KIMS aplicaron al proceso en seco la tecnología de "secado por pulverización", que ya ha demostrado su eficacia en la producción en masa en las industrias alimentaria y farmacéutica. En primer lugar, los investigadores del KIMS mezclaron los materiales activos y los aditivos conductores en forma de suspensión líquida y luego los pulverizaron en una cámara de alta temperatura hecha con tubos de vidrio. El principio es que el disolvente se evapora instantáneamente debido a la alta temperatura dentro de la cámara, dejando sólo un polvo compuesto mezclado uniformemente de materiales activos y aditivos conductores. Este método es el mismo proceso utilizado en la producción masiva de café instantáneo en barra, en el que el concentrado de café se pulveriza y se aplica aire caliente para producir polvo sólido.
El polvo compuesto de materiales activos y aditivos conductores obtenido mediante la técnica de secado por pulverización fue transformado en electrodos de alta capacidad por los investigadores del KERI, que poseen amplios conocimientos y experiencia en "procesos de electrodos secos". Los investigadores mezclaron el compuesto de materiales activos y aditivos conductores con aglutinantes y, a continuación, llevaron a cabo un proceso denominado "fibrilación", en el que los aglutinantes se estiran formando hilos con un equipo especialmente diseñado. Mediante este delicado proceso, los "materiales activos-aditivos conductores-aglutinantes" se entretejieron mejor como estructura y pudieron combinarse con precisión. Por último, los investigadores pasaron por un proceso de "calandrado", en el que los materiales activos combinados, los aditivos conductores y los aglutinantes se convirtieron en una fina película de densidad uniforme que, en última instancia, produciría electrodos para baterías.
KERI y KIMS creen que con este logro se conseguirá una gran capacidad en las pilas secundarias. Gracias a ello, se consigue una mezcla óptima entre los materiales internos de la pila secundaria, reduciendo la cantidad de aditivos conductores en comparación con antes, y llenando en cambio ese espacio con materiales activos, que están directamente relacionados con la capacidad de la pila.
Los investigadores que llevaron a cabo el estudio conjunto redujeron drásticamente la cantidad de aditivos conductores desde el rango del 2-5% indicado en la literatura existente relacionada con los electrodos secos hasta tan sólo el 0,1%, a través de numerosos experimentos. También lograron con éxito un nivel líder mundial del 98% en el contenido de materiales activos. Además, los electrodos secos fabricados con este método alcanzaron una capacidad areal de aproximadamente 7 mAh/cm², el doble que los electrodos comerciales (2-4 mAh/cm²). Los resultados de la investigación relacionada fueron reconocidos por su alto nivel tecnológico y publicados recientemente en la revista Chemical Engineering Journal.
El investigador principal Insung Hwang, del Centro de Investigación de Baterías de Nueva Generación del KERI, explicó la importancia de los resultados de la investigación, afirmando que la combinación óptima de materiales de electrodos puede mejorar la densidad de energía y el rendimiento, y que esta tecnología tiene un gran potencial, ya que puede aplicarse a campos de las baterías de nueva generación como las baterías de estado sólido y las baterías de litio-azufre. El investigador principal Jihee Yoon, de la División de Investigación de Convergencia y Materiales Compuestos del KIMS, declaró: "Mediante la investigación de seguimiento, planeamos reducir los costes del proceso, mejorar la capacidad de producción en serie y aumentar la madurez de la tecnología, con el objetivo de transferirla finalmente a las empresas."
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