Los electrodos con recubrimiento seco serán el futuro de la industria de las baterías

La industria del transporte avanza a pasos agigantados hacia la electrificación total, lo que supone (y supondrá) una necesidad cada vez mayor de baterías para vehículos eléctricos. En 2020 la demanda mundial de baterías alcanzó los 185 GWh, y se espera que para 2030 esta cifra aumente hasta los 2.000 GWh/año. 

Para cubrir todas las necesidades de esta nueva era eléctrica, se necesitan métodos de producción mucho más eficientes que los actuales, algo en lo que la industria trabaja sin cesar. De todos los procesos que abarcan la fabricación de una batería, uno de los principales es el recubrimiento del material activo en la parte superior de la lámina de metal para crear el electrodo. En este material activo es donde ocurren las reacciones electro-químicas que permiten que el electrodo almacene energía durante la carga y la libere cuando sea necesario.

Tradicionalmente, el material activo del electrodo se mezcla con agua o con disolvente orgánico para formar una solución lechosa que, posteriormente, se aplica en la parte superior de dicha lámina. Tras el proceso de recubrimiento, el electrodo se seca y prensa. Este proceso de prensado, conocido en inglés como calendering, permite aumentar la densidad energética del electrodo, ya que se reduce su volumen y su porosidad.

Sin embargo, este proceso de secado requiere mucha energía y tiempo, ya que algunos electrodos pueden tardar hasta 24h en secarse completamente. Además, el disolvente orgánico que se usa durante el proceso es potencialmente peligroso y debe ser tratado para su posterior reutilización.

Esta técnica no será capaz de abastecer la demanda creciente de baterías, por lo que no es de extrañar que empresas líderes como LG, Samsung, CATL, Ford, GM, Volkswagen o Tesla estén haciendo esfuerzos titánicos para desarrollar un método que elimine el problema del secado: el dry coating.

Beneficios del dry coating

En este nuevo proceso de fabricación se aplica un pegamento sobre la lámina de metal, fabricado con una mezcla de polvo y ligantes, que sustituye a la mezcla lechosa tradicional. Aunque esta nueva técnica requiere de un proceso de fabricación más complejo, proporciona una reducción significativa de tiempo y costes, además de ser más beneficioso en términos medioambientales.

Al evitar el uso de disolventes, el dry coating requiere menos etapas de preparación y menos equipamiento, lo que implica también una necesidad inferior de capital. Como resultado, un electrodo fabricado con esta nueva técnica tiene una huella de carbono diez veces inferior a la de un electrodo convencional.

Este proceso de fabricación, al ser más rápido y eficiente, permite también una reducción de costes de hasta un 10%. Además, alrededor del 39% de la energía consumida en la fabricación de una batería de iones de litio está asociada a procesos de secado, de los cuales el secado de electrodos supone el 50% de ese gasto energético.

No obstante, la fabricación a gran escala de electrodos empleando esta técnica tiene también sus desventajas. Para que este pegamento sea utilizable, debe ser uniforme en toda la superficie del electrodo. Además, al igual que ocurre con el recubrimiento húmedo, requiere también un proceso de prensado, pero con mayor presión y temperatura.

En el caso de Tesla, la mezcla de polvo y ligantes dañó de manera inesperada los rodillos empleados para el prensado de electrodos. Sin embargo, según Elon Musk este es un problema solucionable pero que todavía requiere de más ensayos.

Relacionadas | Toyota montará sus baterías de electrolito sólido primero en sus modelos híbridos

Fuente | Electric & Hybrid