Fraunhofer ISE desarrolla un nuevo proceso de recubrimiento en seco para electrodos de baterías de sodio

En el marco del proyecto LAENDLE, el Instituto Fraunhofer de Sistemas de Energía Solar (ISE), en colaboración con un socio industrial, ha desarrollado un nuevo proceso de recubrimiento en seco para los electrodos de las baterías de iones de sodio. La tecnología prescinde tanto de disolventes como de sustancias químicas PFAS —conocidas como “químicos eternos” por su persistencia en el medioambiente— y permite reducir los costes de producción y el consumo de recursos. El avance abre nuevas oportunidades para que las empresas nacionales se incorporen a este sector industrial emergente.

Actualmente, el recubrimiento en húmedo constituye la tecnología de referencia para la fabricación de electrodos de baterías. Sin embargo, tanto la industria como los centros de investigación están intensificando sus esfuerzos para desarrollar alternativas basadas en el recubrimiento en seco, que ofrece importantes ventajas. Este método elimina las etapas de secado y compactación, lo que reduce la inversión inicial y los costes operativos, además del consumo energético y, por consiguiente, las emisiones de CO₂.

Un paso más allá

El Fraunhofer ISE pretende ir un paso más allá. En el marco del proyecto LAENDLE, un equipo de investigación trabaja en un procedimiento que también elimina la necesidad de utilizar aglutinantes con PFAS y promotores de adhesión en la lámina colectora de corriente.

Para desarrollar esta tecnología, el instituto colabora con IKA, fabricante de maquinaria con sede en Staufen y especializado en procesos de mezcla y amasado utilizados hasta ahora principalmente en la industria química, entre otros ámbitos, en la producción de silicona. Ambas entidades han desarrollado conjuntamente un proceso de recubrimiento en seco en el que el material de los electrodos se obtiene mediante un procedimiento continuo de amasado.

“La tecnología de electrodos para baterías de estado seco supone un importante avance en innovación en el camino hacia una fabricación de celdas más sostenible y rentable. Gracias a nuestra experiencia en ingeniería mecánica, construcción de instalaciones y tecnología de procesos, contribuimos a llevar esta tecnología a escala industrial y a desempeñar un papel decisivo en el desarrollo de la próxima generación de procesos de fabricación de baterías. Al mismo tiempo, ampliamos nuestra cartera de soluciones para baterías con tecnologías clave que permiten una producción de celdas más eficiente en el uso de los recursos y más competitiva”, explica Giorgio Fabro, director corporativo de Soluciones para Baterías de IKA.

El recubrimiento en seco eficiente en recursos, una realidad

Como resultado del proyecto de investigación, se han identificado dos familias de aglutinantes poliméricos que no utilizan sustancias PFAS —los denominados “químicos eternos”— y que resultan adecuadas para el proceso de recubrimiento en seco. Además, los investigadores han logrado implementar con éxito diferentes aglutinantes libres de PFAS.

En el Centro de Almacenamiento de Energía Eléctrica del Fraunhofer ISE, el equipo ha conseguido fabricar una película de electrodo independiente que posteriormente se lamina sobre una lámina colectora de corriente. El espesor de la capa del electrodo puede ajustarse entre 80 y 180 micrómetros, aunque técnicamente también es posible trabajar con espesores superiores o inferiores.

Una de las principales innovaciones del procedimiento es que no requiere aplicar ningún agente adhesivo sobre la lámina conductora de corriente. De este modo, se elimina una etapa adicional de fabricación, con el consiguiente ahorro de costes y energía. Además, la tecnología puede integrarse fácilmente en las cadenas de producción existentes, ya que no exige modificar las etapas posteriores de una línea de fabricación basada en el recubrimiento en seco.

Importantes ahorros

La reducción del número de operaciones permite disminuir al menos un 15% la inversión de capital (CAPEX) necesaria por línea de producción, con un potencial de ahorro incluso mayor. Asimismo, los costes operativos (OPEX) pueden situarse entre un 10% y un 20% por debajo de los correspondientes a una línea convencional de recubrimiento en húmedo.

La eliminación de varias etapas del proceso —secado, calandrado y aplicación del agente adhesivo sobre el colector de corriente— permite, además, reducir hasta en un 50% el consumo energético y las emisiones de CO₂.

En las próximas fases del proyecto, los investigadores prevén ampliar el proceso hasta la fabricación de celdas tipo pouch (de bolsa flexible) en la línea de ensamblaje del Centro de Almacenamiento de Energía Eléctrica del Fraunhofer ISE. Otro de los objetivos será reducir aún más el contenido de aglutinante hasta alcanzar los niveles que actualmente constituyen el estándar industrial.

“Al reducir con éxito la complejidad del proceso y de los equipos necesarios para el recubrimiento en seco, hemos conseguido simplificar la tecnología y hacerla más rentable. Esto permite que también sea viable para pequeñas y medianas empresas, abriendo nuevas oportunidades para la producción local y europea”, señala el director del proyecto, el doctor Oliver Fitz, del Fraunhofer ISE.