Enfoque tecnológico - Los tres mosqueteros de los revestimientos para baterías de VE

La movilidad eléctrica ha dejado de ser una tendencia futura para convertirse en un fenómeno presente. Los vehículos eléctricos (VE) son limpios, rápidos y proporcionan una experiencia de conducción placentera. Atraen a los consumidores conscientes y apoyan una economía sostenible. Los VE se están desarrollando rápidamente para ocupar la posición dominante en el mercado automovilístico. Esta urgencia por la adopción a gran escala de la e-movilidad se está extendiendo ahora de los vehículos de pasajeros a los vehículos comerciales y las pequeñas unidades de aviación.

Sin embargo, posiblemente todos estemos de acuerdo en que los VE aún no están perfectamente preparados para ocupar el trono. Como industria, aún estamos lidiando con el tiempo de carga relativamente largo, el gran peso, el riesgo de desbocamiento térmico y los niveles de coste de las baterías de iones de litio. Los fabricantes de baterías y los OEM compiten por diseñar las mejores plataformas de VE en las que los sistemas de baterías desempeñen un papel fundamental. Siguen apareciendo en el mercado diversos enfoques innovadores que pretenden que los sistemas de baterías sean más baratos, más rápidos y más seguros. Entre el caos tecnológico, pueden señalarse algunas tendencias definidas y probadas. Henkel, como socio de soluciones para la industria automovilística desde hace más de un siglo, ofrece ahora soluciones que facilitan la innovación en las tendencias tecnológicas de la e-movilidad.

Revestimiento conductor del electrodo

En la fabricación convencional de baterías de iones de litio (LIB), el material activo del cátodo (CAM) se convierte en una pasta y luego se recubre uniformemente sobre un colector de corriente. Se necesita un disolvente peligroso y de alto punto de ebullición, el NMP. Este proceso es exigente en energía, espacio y coste de secado y reciclado. Por otro lado, el material activo del ánodo (AAM) se dispersa en agua, por lo que no se necesita una torre de reciclado. Sin embargo, se sigue incluyendo una etapa de secado como paso esencial que consume energía, espacio y tiempo.

El proceso de electrodo seco, también conocido como revestimiento en seco, puede simplificar muchos aspectos de esa metodología convencional que ha durado décadas. El proceso de laminado CAM sin NMP es sinónimo de una fabricación compacta, rápida y ajustada (bajo OpEx y CapEx) de electrodos catódicos. No tanto como en el caso de un cátodo, sin embargo adoptar esta metodología para la fabricación de ánodos es ventajoso. Este proceso sin lodos facilita la fabricación de capas CAM y AAM más gruesas en los colectores de corriente, lo que da lugar a una estructura de mayor densidad energética dentro de una célula de batería. También puede ser un proceso de fabricación muy adecuado para las baterías de estado sólido sensibles al agua y basadas en sulfuros.

Un paso clave aquí es la transferencia de una película de material activo seco sobre un colector de corriente, pero es difícil crear un contacto interfacial perfecto entre un colector de corriente y una película seca. Incluso con una presión y una temperatura elevadas para la laminación, sigue sin ser fácil conseguir una adhesión interfacial en el rango que se encuentra tras el proceso de lechada húmeda. Las interferencias causadas por límites imperfectos provocan la degradación de la capacitancia, especialmente a altas velocidades de C. La delaminación también puede producirse durante los ciclos de carga y descarga. Aquí es donde el ECC desempeña su papel; se aplica previamente sobre los colectores de corriente, creando las interfaces perfectas entre los materiales activos y los colectores de corriente.

La singularidad del ECC de Henkel puede atribuirse a tres factores principales. En primer lugar, a la creación de la interfaz física perfecta en la que los materiales activos comienzan a mezclarse con la capa de ECC, dando lugar a la unión perfecta de las capas. Segundo, los materiales conductores bien diseñados refuerzan la conexión eléctrica a través de la interfaz. En tercer lugar, la formulación está optimizada para un recubrimiento rápido sobre láminas de aluminio y cobre con el fin de maximizar la eficacia operativa. Una simple capa de ECC puede ayudar a llevar el proceso del electrodo seco al siguiente nivel, lo que permite una fabricación de baterías más limpia, económica y fiable.

Recubrimiento dieléctrico

Para muchos, el concepto de diseño célula-paquete, célula-chasis y célula-coche/vehículo puede sonar familiar hoy en día. Estos conceptos para paquetes de baterías de alta densidad energética pretenden superar la densidad energética relativamente baja de las células de las baterías y maximizar el potencial del diseño del paquete de baterías. Su potencial es aún mayor, ya que pueden aplicarse a todos los tipos de celdas de batería. Ahora se ha convertido en una tendencia en el diseño de los paquetes de baterías de nueva generación, independientemente de los factores de forma y la química.

En esos conceptos, se supone que las celdas de la batería se enfrentan y se unen directamente a otras capas como las placas inferior, lateral y/o superior. Las células casi rígidas contribuyen a la integridad estructural del pack de baterías. Por lo tanto, las interfaces deben diseñarse y adherirse cuidadosamente para que el conjunto de la batería y las celdas puedan soportar y disipar las tensiones internas y externas durante la conducción y en caso de accidente.

Para lograr la integridad estructural, es necesario reforzar las interfaces alrededor de las células. En los diseños de célula a envase (o similares), las células prismáticas suelen envolverse con películas de PET con adhesivo sensible a la presión (PSA) para aislarlas y protegerlas. Sin embargo, proporcionan una interfaz débil que podría romperse en condiciones de fuerte tensión, como vibraciones e impactos.

El revestimiento dieléctrico simplifica la estructura al funcionar como un cuerpo integrado, proporcionando adherencia y resistencia dieléctrica y antiarañazos. El minimalismo no sólo se encuentra en las piezas, sino también en los materiales. La adherencia que proporciona este revestimiento es lo suficientemente fuerte como para que las celdas de la batería contribuyan a la rigidez y resistencia del pack de baterías, con un grosor reducido. Incluso con aproximadamente 80% del grosor de la película de PET, garantiza el mismo nivel de tensión de ruptura. No se trata sólo de una solución de sustitución de la película actual, sino de una solución necesaria para conseguir un pack de pilas más resistente sin soportes adicionales.

Revestimiento de protección contra incendios

Cuando se inicia un desbocamiento térmico de las celdas de la batería bajo el suelo del coche, los pasajeros tienen poco tiempo para darse cuenta y salir del vehículo. La ventana es aún más corta si el desbocamiento térmico se inició por un accidente. La mejor y esencial medida para el desbocamiento térmico es fabricar celdas de batería especialmente seguras. Muchas empresas han hecho progresos, pero parece que necesitan más años hasta que puedan suministrarlas a escala.

La alternativa, o quizá la única solución basada en la tecnología LIB actual, puede ser utilizar múltiples medidas para que el pack de baterías sea lo más seguro posible. Gracias a los enormes esfuerzos de diferentes sectores de la industria, disponemos de muchas soluciones, desde el nivel químico, pasando por el software, hasta el nivel de la carcasa. La última medida consiste en proteger a los pasajeros del calor de las celdas de la batería si se produce un incendio en su interior. Algunas soluciones también se han utilizado para otras industrias. Por ejemplo, los materiales compuestos a base de cerámica. Sin embargo, siempre hay un reto en cuanto al grosor, el peso y la automatización.

El recubrimiento de protección contra incendios (FPC) es uno de los productos de recubrimiento funcional de Henkel, diseñado para que los usuarios experimenten más valor que con las soluciones convencionales. La automatización es posible mediante aplicaciones de chorro plano o pulverización. La fina capa proporciona un gran grado de libertad en el diseño del paquete de baterías. El primer caso de uso se encuentra en la capa interior de una tapa superior. Tiene el potencial de ayudar a los ingenieros a ser creativos para encontrar más oportunidades en cualquier lugar dentro y fuera de un pack de pilas en el que se requiera o sea útil un alto nivel de aislamiento térmico. El FPC no es sólo para la seguridad de los pasajeros que están listos para adaptar la transición a la e-movilidad, también está diseñado para perseguir la eficiencia experimentada por aquellos que están trabajando con entusiasmo para sistemas innovadores de paquetes de baterías.

Los "Tres Mosqueteros" de las soluciones de revestimiento son verdaderos facilitadores de las tendencias tecnológicas de las pilas. De reciente introducción en el mercado, siguen evolucionando según las necesidades de los fabricantes de baterías y de los fabricantes de equipos originales que desean ofrecer el mejor valor a los clientes finales. Por favor, acuérdese de estos héroes ocultos cuando disfrute conduciendo sus vehículos eléctricos seguros, potentes, eficientes y sostenibles. Y... no olvide que todos estamos preparados para dar la bienvenida a D'Artagnan en un futuro próximo.

Autor: Keon Lee - Experto en baterías para vehículos eléctricos y director global de desarrollo de productos de Henkel

Obtenga más información sobre las soluciones de movilidad eléctrica de Henkel: henkel-adhesives.com/emobility

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