El laboratorio Oak Ridge mejorará los procesos de revestimiento en seco de las pilas
El Laboratorio Nacional Oak Ridge (ORNL) del Departamento de Energía de EE.UU. está investigando cómo afecta el revestimiento en seco de los electrodos a la estructura de los materiales de las pilas y a sus propiedades electroquímicas con el socio industrial Navitas Systems. El ORNL es también socio colaborador de Volkswagen.
Hasta ahora, varias empresas e instituciones de investigación de todo el mundo trabajan actualmente en procesos de revestimiento en seco para electrodos. Como componente central de la pila, éstos suelen consistir en una lámina metálica cubierta con un fino revestimiento. El revestimiento contiene los componentes activos responsables del almacenamiento de energía. Normalmente, el proceso de revestimiento se lleva a cabo por vía húmeda-química con los llamados preparados de pasta: Se elabora 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. Para que el disolvente vuelva a evaporarse después, se necesitan plantas enormes con distancias de secado muy largas. Estos pasos harían superfluo el recubrimiento en seco.
El Laboratorio Nacional de Oak Ridge señala que el revestimiento en seco como alternativa no sólo ahorra espacio en la fábrica, sino también tiempo, energía, eliminación de residuos y costes de puesta en marcha, pero: "Hasta ahora, los investigadores han tenido un conocimiento limitado de cómo y por qué funciona". Por ello, el ORNL ha iniciado un estudio con Navitas Systems, en el que se investiga un enfoque que mezcla polvos secos con un aglutinante y luego los compacta. Esta estrategia podría aplicarse tanto al ánodo como al cátodo centrándose en materiales específicos o en métodos de mezcla, según un comunicado adjunto.
Navitas se encargó de fabricar los electrodos en el proyecto. A continuación, los investigadores del ORNL midieron su rendimiento electroquímico en diferentes condiciones y durante distintos periodos de tiempo, y atestiguan que las pilas fabricadas mediante el proceso en seco tienen una "excelente capacidad para mantener su capacidad incluso tras un uso prolongado".
Los electrodos son más gruesos para permitir una mayor carga energética, según los responsables de la investigación Runming Tao y Jianlin Li. "Hay más materiales activos en el electrodo. E incluso después de los ciclos, tiene pocas grietas". Tao deduce que el revestimiento seco está asociado a la alta densidad energética de la batería y a la buena estabilidad de los ciclos.
El ORNL también confirmó que el proceso de recubrimiento en seco es muy compatible con los actuales equipos modernos de fabricación de electrodos y causa un menor impacto medioambiental negativo. Pero aún tiene sus puntos débiles: El centro de investigación señala que el siguiente paso será tratar de estabilizar el material utilizado para fijar los componentes del ánodo a un colector de corriente de metal fino. "Un objetivo principal de este proyecto es desarrollar o identificar un aglutinante mejor para el proceso en seco, porque el aglutinante actual no es muy estable para el entorno del ánodo", explica Li.
El equipo también está trabajando para reducir la cantidad de negro de humo, un material que mantiene la conductividad de la pila pero compromete la densidad energética. Además, los "electrodos gruesos" pueden proporcionar menos energía porque los iones tienen que recorrer una distancia mayor. Así que, según los responsables de la investigación, se trata de equilibrar las ventajas y los inconvenientes del electrodo más grueso.
Los resultados también son interesantes a la luz de la reciente confirmación de Volkswagen de que quiere industrializar el revestimiento en seco de los electrodos en baterías de coches eléctricos. El ORNL ya es un socio colaborador de Volkswagen en Estados Unidos. Volkswagen prevé la producción en serie de células fabricadas de este modo para 2026/2027. Tesla también está trabajando en el recubrimiento en seco de sus 4680 células.
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