El KIT desarrolla un método novedoso para producir electrodos más rápidamente

Investigadores del Instituto de Tecnología de Karlsruhe (KIT) han desarrollado y aplicado con éxito un concepto innovador para el recubrimiento y secado simultáneos de electrodos de dos capas. Esto debería acelerar significativamente la producción de baterías.

El proceso desarrollado en el grupo de investigación de Tecnología de Película Delgada (TFT) podría reducir los tiempos de secado a menos de 20 segundos, según KIT. Esto significa reducir el tiempo de producción entre la mitad y un tercio del tiempo que se tarda con los métodos actuales, lo que en última instancia hará que la producción de baterías de iones de litio sea más rápida y barata.

Sin embargo, sigue siendo un proceso químico húmedo: Los materiales activos se mezclan en forma de polvo y se agitan con un aglutinante y disolventes para formar una pasta ("slurry"). A continuación, esta pasta se aplica finamente sobre un soporte, normalmente papel de aluminio, y se seca en hornos para evaporar el disolvente y solidificar el revestimiento.

El secado suele durar alrededor de un minuto, por lo que a una velocidad de producción de 100 metros por minuto, se requiere una distancia de secado correspondientemente larga. Acoplando los pasos del proceso de recubrimiento y secado, el grupo de investigación del KIT ha logrado desarrollar ahora un concepto simultáneo. TFT ha presentado los resultados en el Tecnología energética revista; Jana Kumberg, estudiante de doctorado en el KIT, se encargó de la publicación.

Concretamente, el concepto simultáneo utiliza diferentes materiales activos para las capas individuales y los aplica simultáneamente. Una capa se encarga de la adherencia y la otra de la capacidad específica. Esta estructura de capas -dividida aproximadamente en un tercio y dos tercios- permite una producción "con una tasa de secado extremadamente alta y tiempos de secado reducidos a un tercio", así lo afirman los investigadores.

BASF también participa en el proyecto y describe el proceso de la siguiente manera: "Una fina capa de imprimación debajo del ánodo real puede ayudar a mejorar la adherencia. Esto puede reducir el contenido total de aglutinante en la pasta de material activo al recubrir los electrodos, lo que se traduce en una mayor densidad de energía."

"Nuestro trabajo demuestra que, en principio, dominamos todos los pasos del proceso para producir baterías de forma más rápida y, por tanto, más rentable en el futuro, sin comprometer la calidad", afirma el profesor Wilhelm Schabel. Además, a pesar de la reducción del tiempo de secado, no hay pérdida de capacidad y, por tanto, de autonomía de la batería, ni siquiera con los llamados ciclos 3C, es decir, con una carga rápida en 20 minutos.

En su estudio, los científicos aplicaron diferentes materiales activos en las capas de un ánodo distribuidas a lo largo del espesor. Las diferentes propiedades se distribuyeron específicamente en las capas del electrodo. Como resultado, los electrodos deberían poder adaptarse y mostrar mejores propiedades mecánicas y electroquímicas. "Hemos obtenido unos resultados iniciales prometedores", afirma Schabel. "Ahora tenemos que seguir investigando sobre la realización industrial".

El grupo trabaja actualmente en varias formas de ampliar el concepto simultáneo. Para ello, están probando el secado puramente convectivo con boquillas de alto rendimiento y módulos de secado láser. "Nuestras investigaciones demuestran que, en principio, sería posible aumentar el ritmo de producción de pilas entre un 200% y un 300% en el futuro", explica Schabel.

El Ministerio Federal de Educación e Investigación alemán (BMBF) financia las investigaciones con más de cinco millones de euros en el marco de diversos proyectos de agrupaciones de investigación.

Con información de Sebastian Schaal, Alemania.

kit.edu (en alemán)