Una nueva forma de fabricar electrodos para baterías de iones de litio

La nueva tecnología de fabricación resuelve un obstáculo clave en el campo de los vehículos eléctricos. Un equipo de investigación dirigido por el investigador del Instituto Politécnico de Worcester (WPI), Yan Wang, ha sido pionero en un método sin disolventes para producir electrodos de baterías de iones de litio. Este novedoso enfoque produce electrodos que son más ecológicos, más rentables y se cargan más rápido que los disponibles actualmente, lo que podría revolucionar la fabricación de baterías para vehículos eléctricos.

El equipo publicó en la revista Joule una técnica de fabricación de impresión en seco que evita el uso de disolventes nocivos y los largos tiempos de secado inherentes a los métodos tradicionales de producción de electrodos, que utilizan lodo. El profesor Wang, jefe del Departamento de Ingeniería Mecánica y de Materiales de WPI, dijo que este proceso innovador es escalable y puede reducir los costos de producción de electrodos en un 65,438+05%. Además, los electrodos producidos con este método se pueden cargar más rápido que los electrodos producidos con métodos tradicionales.

Wang dijo: "Actualmente, la velocidad de carga de las baterías de iones de litio es demasiado lenta y los fabricantes suelen utilizar disolventes inflamables, tóxicos y caros, lo que aumenta el tiempo y el coste de producción. Nuestro proceso de fabricación sin disolventes resuelve Superando estas deficiencias, el electrodo producido se puede cargar al 78 % de su capacidad en 20 minutos, todo ello sin necesidad de disolventes, lodos y largos tiempos de producción". Se mezclan materiales activos, aditivos conductores, polímeros y disolventes orgánicos para crear un lodo, que luego se pega sobre un sustrato metálico, se seca en un horno y se corta en pedazos para usarlo en baterías. El disolvente se recupera por destilación.

Por el contrario, el proceso de los investigadores implica mezclar polvos secos cargados eléctricamente para que se adhieran cuando se rocían sobre un sustrato metálico. A continuación, el electrodo revestido seco se calienta y se comprime mediante rodillos. Los investigadores informan que la fabricación de baterías utiliza aproximadamente un 47% menos de energía al saltarse los procesos tradicionales de secado y recuperación de disolventes.

Wang lleva mucho tiempo trabajando para mejorar las baterías de iones de litio y reducir los residuos que producen. Cofundó Ascend Elements, que está desarrollando tecnología de reciclaje de baterías. El trabajo de fabricación de electrodos de Wang está financiado por el Departamento de Energía de EE. UU., Advanced Battery Alliance Inc. y el Centro de Energía Limpia de Massachusetts. Los colaboradores de este proyecto incluyen a Yangtao Liu '22 (PhD), el estudiante graduado Fu, el profesor asistente de investigación Xiaotu Ma, Panawan Vanavti '22 (PhD) y Rui Wang '23 (PhD), todos de WPI e investigadores de la Universidad Estatal de Texas; Universidad A&M, Universidad Rice, Microvast Corporation, Laboratorio Nacional Argonne y Laboratorio Nacional Brookhaven.

WPI ha presentado una solicitud de patente para la tecnología de fabricación desarrollada por el equipo de Wang. Además, Wang y uno de sus colaboradores, Pan Heng de la Universidad Texas A&M, cofundaron AM Battery Company, que cuenta con el respaldo de capital de riesgo y está trabajando con empresas como Amperex Technology Co., Ltd. (ATL) para cooperar para expandirse. la escala de producción de electrodos sin disolventes.