Fraunhofer desarrolla un proceso de recubrimiento en seco de electrodos más limpio

El Instituto Fraunhofer de Tecnología de Materiales y Rayos (IWS) ha desarrollado un proceso de revestimiento en seco que elimina la necesidad de disolventes tóxicos en la producción de electrodos para baterías. Esto debería hacer que el proceso de producción fuera notablemente más respetuoso con el medio ambiente.

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El enfoque desarrollado por un equipo de investigación interdisciplinar del Fraunhofer IWS de Dresde comienza con la fabricación de los electrodos, que son el componente central de la pila y suelen consistir en una lámina metálica cubierta con un fino revestimiento. El revestimiento contiene los componentes activos responsables del almacenamiento de energía.

"El proceso de recubrimiento convencional utiliza un método químico húmedo que aplica lo que se conoce como pasta", explica Benjamin Schumm, jefe de grupo de procesos de recubrimiento químico en el Fraunhofer IWS. Se produce una especie de pasta a partir de material activo, negros conductores y aglutinantes junto con un disolvente, que se utiliza primero para crear una capa húmeda sobre la lámina metálica. "Se necesitan máquinas extremadamente grandes con pistas de secado muy largas para garantizar que el disolvente se evaporará después. Con DRYtraec, podemos diseñar este proceso de forma más eficiente".

En comparación con los métodos de producción convencionales, el nuevo proceso denominado DRYtraec debería, por tanto, no sólo ser más sostenible, sino también ahorrar espacio y energía. Para el proceso de revestimiento ahora desarrollado, se utilizan básicamente materiales de partida similares a los de los enfoques de lechada. Sin embargo, la versión seca del Fraunhofer IWS no utiliza disolventes, sino que se basa en un aglutinante especial. Juntos, los materiales forman un polvo que se coloca en un hueco de calandria, es decir, un hueco entre dos rodillos que giran en direcciones opuestas.

El factor decisivo es que uno de los rodillos gira más rápido que el otro. Esto crea una fuerza de cizallamiento que garantiza que el aglutinante forme redes similares a hilos, las llamadas fibrillas. "Imagíneselo como una tela de araña que incrusta mecánicamente las partículas", dice Schumm. En el rodillo que gira más rápido se forma una fina película mediante presión y movimiento. A continuación, ésta se transfiere a una película conductora de corriente en un segundo hueco de la calandria. Según el instituto, ambas caras pueden recubrirse al mismo tiempo sin mucho esfuerzo adicional. En el último paso, el rollo resultante se corta al tamaño necesario y las piezas individuales se apilan en consecuencia para producir la célula de batería acabada.

El equipo ya ha puesto en funcionamiento los primeros sistemas prototipo como parte del proyecto de financiación DryProTex. Esto ha demostrado que es posible la producción continua de electrodos, también independientemente del tipo de pila correspondiente: "El abanico de posibles usos de la tecnología no se limita a una determinada química celular", subraya Schumm. "Podría utilizarse tanto en pilas de iones de litio como en pilas de litio-azufre o de iones de sodio. Incluso estamos estudiando las baterías de estado sólido. Éstas serán cada vez más importantes en el futuro, pero los materiales no toleran el procesamiento químico húmedo. Así, DRYtraec nos permite ofrecer una solución muy prometedora a este problema".

Según el instituto, existe un gran interés por parte de la industria. Actualmente se están manteniendo conversaciones con varios fabricantes de automóviles y de células para planificar la realización de varias plantas piloto, afirma.

Mientras tanto, varios actores trabajan en procesos de revestimiento en seco para electrodos de baterías, tanto a nivel nacional como internacional. Este campo es también objeto de la agrupación de competencias ProZell, financiada por el Ministerio Federal de Educación e Investigación. En EE.UU., la empresa Maxwell Technologies, que se adquirida por Teslaestá trabajando en "electrodos secos".

Actualización 18 de mayo de 2022

El proceso de revestimiento DRYtraec desarrollado en el Instituto Fraunhofer de Tecnología de Materiales y Rayos IWS permite la producción en seco de electrodos para baterías sin disolventes orgánicos tóxicos ni agua. El Ministerio Federal de Educación e Investigación alemán (BMBF) financia ahora con 3,7 millones de euros un proyecto que ampliará la tecnología de revestimiento en seco hasta convertirla en una plataforma tecnológica integral.

Los investigadores del IWS Fraunhofer ya han desarrollado varios prototipos de los sistemas de revestimiento basados en DRYtraec, en colaboración con socios industriales. El proceso consiste en recubrir electrodos para baterías de iones de litio, de estado sólido o de litio-azufre de forma continua y escalable en un proceso de rollo a rollo. El rendimiento de los electrodos es comparable al de los electrodos producidos convencionalmente en el llamado "proceso de lodos" y, en algunos aspectos, incluso los supera. Hasta ahora, los científicos se han centrado en el desarrollo de procesos de recubrimiento eficaces. Sin embargo, admiten que los procesos anteriores y posteriores o los análisis que los acompañan a menudo siguen realizándose en procedimientos discontinuos y que requieren mucho tiempo.

idw-online.de, iws.fraunhofer.de (actualización)