Fraunhofer ISE presenta un recubrimiento en seco para baterías de sodio sin PFAS que abarata la producción hasta un 20%
El Instituto Fraunhofer de Sistemas de Energía Solar (ISE) ha desarrollado, junto al fabricante de maquinaria IKA, un proceso de recubrimiento en seco para electrodos de baterías de iones de sodio que prescinde de disolventes y de sustancias PFAS, los conocidos como 'químicos eternos'. La tecnología, gestada en el marco del proyecto LAENDLE, promete reducir la inversión de capital por línea de producción al menos un 15% y recortar los costes operativos entre un 10% y un 20% frente a las líneas convencionales de recubrimiento en húmedo, además de abrir la puerta a una fabricación más sostenible y competitiva en Europa.
Un proceso que elimina pasos y químicos persistentes
El recubrimiento en húmedo es hoy la tecnología dominante para fabricar electrodos de baterías, pero requiere disolventes y, en muchos casos, aglutinantes con PFAS, compuestos químicos muy persistentes en el medio ambiente. La alternativa en seco elimina las etapas de secado y compactación, lo que reduce la inversión inicial, los costes operativos y el consumo energético asociado a la producción.
El equipo del Fraunhofer ISE, en colaboración con IKA, ha ido un paso más allá al suprimir también los aglutinantes con PFAS y los promotores de adhesión en la lámina colectora de corriente. Según ha informado el instituto, el material de los electrodos se obtiene mediante un procedimiento continuo de amasado, y se han identificado dos familias de aglutinantes poliméricos libres de PFAS que resultan adecuadas para este proceso.
Los investigadores han conseguido fabricar una película de electrodo autoportante que luego se lamina sobre una lámina colectora de corriente, sin necesidad de aplicar ningún agente adhesivo adicional. El espesor de la capa del electrodo puede ajustarse entre 80 y 180 micrómetros, aunque técnicamente es posible trabajar con espesores mayores o menores.
Ahorros de hasta el 50% en energía y emisiones de CO₂
La reducción del número de operaciones permite disminuir al menos un 15% la inversión de capital (CAPEX) necesaria por línea de producción, un porcentaje que podría ser mayor. En cuanto a los costes operativos (OPEX), el instituto estima que pueden situarse entre un 10% y un 20% por debajo de los de una línea convencional de recubrimiento en húmedo.
La eliminación de etapas como el secado, el calandrado y la aplicación del agente adhesivo sobre el colector de corriente permite reducir hasta en un 50% el consumo energético y las emisiones de CO₂ durante la fabricación, un factor relevante en la huella de carbono de las baterías y, por tanto, en la competitividad de las cadenas de suministro europeas.
El proyecto LAENDLE, en el que se enmarca este avance, cuenta con la participación de IKA, fabricante de maquinaria con sede en Staufen especializado en procesos de mezcla y amasado utilizados hasta ahora en la industria química, por ejemplo en la producción de silicona. Ambas entidades han desarrollado conjuntamente el proceso, que se puede integrar en las líneas de producción existentes sin necesidad de modificar las etapas posteriores de una línea basada en recubrimiento en seco.
Hacia la producción local y europea de baterías
Uno de los objetivos declarados del proyecto es que la tecnología sea accesible para pequeñas y medianas empresas, lo que podría impulsar la producción local y europea de celdas de baterías. El doctor Oliver Fitz, director del proyecto en el Fraunhofer ISE, ha señalado que al reducir la complejidad del proceso y de los equipos necesarios, la tecnología se vuelve más rentable y viable para pymes, abriendo nuevas oportunidades para la producción local y europea.
Por su parte, Giorgio Fabro, director corporativo de Soluciones para Baterías de IKA, ha destacado que la tecnología de electrodos para baterías de estado seco supone un avance significativo hacia una fabricación de celdas más sostenible y rentable, y que su empresa contribuye a llevarla a escala industrial, ampliando su cartera de soluciones para baterías.
En las próximas fases, 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. También planean reducir aún más el contenido de aglutinante hasta alcanzar los niveles que actualmente constituyen el estándar industrial. El desarrollo de baterías de iones de sodio, que se perfilan como una alternativa a las de litio, gana así un avance relevante en su proceso de fabricación, con potencial impacto en el coste final de las celdas.
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