Tecnología de secado en aerosol utilizada en café instantáneo aplicado a la producción de baterías de alta capacidad
El investigador senior Insung Hwang de Keri (izquierda) y el investigador senior Jihee Yoon de KIMS están utilizando equipos de secado en aerosol para fabricar polvos compuestos de materiales activos y aditivos conductivos. Crédito: Instituto de Investigación de Electrotecnología de Corea
El Instituto de Investigación de Electrotecnología de Corea (KERI) y el Instituto de Ciencias de Materiales de Corea (KIMS) han desarrollado conjuntamente la tecnología de fabricación de electrodos secos de alto rendimiento basados en tecnología de secado en aerosol para la realización de baterías secundarias de alta capacidad. El estudio se publica en Chemical Engineering Journal.
Los electrodos de batería secundarios se realizan mezclando materiales activos que almacenan energía eléctrica, aditivos conductores que ayudan al flujo de electricidad y los aglutinantes que actúan como una especie de adhesivo. Hay dos métodos para mezclar estos materiales: el proceso húmedo, que utiliza solventes y el proceso seco, que mezcla polvos sólidos sin solventes.
El proceso seco se considera más ecológico que el proceso húmedo y ha ganado una atención significativa como tecnología que puede aumentar la densidad de energía de las baterías secundarias. Sin embargo, hasta ahora, ha habido muchas limitaciones para lograr una mezcla uniforme de materiales activos, aditivos conductores y aglutinantes en el proceso seco.
Para resolver este problema, Keri y Kims aplicaron la tecnología de secado en aerosol, que ya ha sido probado para la producción en masa en las industrias alimenticios y farmacéuticas, al proceso seco. Primero, los investigadores de KIMS mezclaron los materiales activos y los aditivos conductores en forma de suspensión líquida y luego los rociaron en una cámara de alta temperatura hecha de tubos de vidrio.
El Dr. Insung Hwang de Keri está fabricando electrodos secos para baterías secundarias utilizando un proceso llamado “calendario”, que implica convertir los polvos compuestos en forma de película. Crédito: Instituto de Investigación de Electrotecnología de Corea
El principio es que el disolvente se evapora instantáneamente debido a la alta temperatura dentro de la cámara, dejando solo un polvo compuesto uniformemente mezclado de materiales activos y aditivos conductores. Este método es el mismo proceso utilizado en la producción en masa de café instantáneo, donde se rocía el concentrado de café y se aplica aire caliente para producir polvo sólido.
El polvo compuesto de materiales activos y aditivos conductores fabricados con la técnica de secado por pulverización se transformó en electrodos de alta capacidad por los investigadores de Keri, que poseen conocimientos y experiencia extensas en procesos de electrodos secos. Los investigadores mezclaron el compuesto de materiales activos y aditivos conductores con aglutinantes, luego llevaron a cabo un proceso llamado fibrilación, en el que los aglutinantes se estiran en hilos utilizando equipos especialmente diseñados.
A través de este delicado proceso, los accesorios acondicionados de materiales activos se tejieron mejor como una estructura y podrían combinarse con precisión. Finalmente, los investigadores pasaron por un proceso de calentamiento, donde los materiales activos combinados, los aditivos conductores y los aglutinantes se convirtieron en una película delgada con densidad uniforme, que finalmente producían electrodos para baterías.
Keri y Kims creen que este logro obtendrá una alta capacidad en las baterías secundarias. Gracias a esto, es posible lograr una mezcla óptima entre los materiales internos de la batería secundaria, reduciendo la cantidad de aditivos conductores en comparación con antes y, en su lugar, llenar ese espacio con materiales activos, que están directamente relacionados con la capacidad de la batería.
El ‘equipo de secado en aerosol’ que mejora significativamente la mezcla de materiales internos para electrodos secos en baterías secundarias. Crédito: Instituto de Investigación de Electrotecnología de Corea
Los investigadores que realizaron el estudio articular redujeron drásticamente la cantidad de aditivos conductores del rango del 2 al 5% reportado en la literatura relacionada con el electrodo seco existente hasta 0.1%, a través de numerosos experimentos. También lograron con éxito un nivel líder mundial del 98% para el contenido de los materiales activos.
Además, los electrodos secos fabricados utilizando este método lograron una capacidad de área de aproximadamente 7 mAh/cm2, que es el doble de los electrodos comerciales (2–4 mAh/cm2). Los resultados de la investigación relacionados fueron reconocidos por su alta experiencia tecnológica.
El investigador senior Insung Hwang del Centro de Investigación de Batería de próxima generación de Keri explicó la importancia de los resultados de la investigación, afirmando que la combinación óptima de los materiales de electrodos puede mejorar la densidad y el rendimiento de la energía, y que esta tecnología tiene un gran potencial, ya que puede aplicarse a los campos de baterías de próxima generación, como las baterías de estado sólido y las baterías de litio-sulfur.
El investigador senior Jihee Yoon de la División de Investigación de Materiales y Convergencia Compuesta de Kims declaró: “A través de la investigación de seguimiento, planeamos reducir los costos de procesos, mejorar las capacidades de producción en masa y aumentar el vencimiento de la tecnología, con el objetivo de eventualmente transferir la tecnología a las empresas”.
Más información: Insung Hwang et al, un avance en la tecnología de electrodos secos para baterías de iones de litio de alta densidad de energía con compuestos SWCNT/NCM secados por spray, Chemical Engineering Journal (2025). Doi: 10.1016/j.cej.2025.160159
Proporcionado por el Consejo Nacional de Investigación de Ciencia y Tecnología
Cita: Tecnología de secado en aerosol utilizada en el café instantáneo aplicado a la producción de baterías de alta capacidad (2025, 8 de abril) Consultado el 8 de abril de 2025 de https://techxplore.com/news/2025-04-spray-drying-tech-instant-coffee.html
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