Transición energética - Baterías sostenibles y de bajo coste para los vehículos eléctricos del mañana
Investigadores de Fraunhofer IWS galardonados con el Premio Joseph von Fraunhofer 2025
La movilidad eléctrica avanza a pasos agigantados en Alemania y en toda Europa. Para seguir avanzando será necesario aumentar la capacidad de producción de pilas en este país. Los métodos de producción también tendrán que consumir poca energía y ser mucho menos costosos. Un equipo de investigadores del Instituto Fraunhofer de Tecnología de Materiales y Haces IWS de Dresde ha desarrollado DRYtraec, un método revolucionario que permite fabricar electrodos de pilas de forma rentable y respetuosa con el medio ambiente. Por esta tecnología pionera, los investigadores recibieron el Premio Joseph von Fraunhofer 2025 en la asamblea anual de Fraunhofer.
Con la nueva tecnología de transferencia en seco DRYtraec, los electrodos de las células de almacenamiento de energía se recubren con una película seca en lugar de con productos químicos líquidos.
© Piotr Banczerowski
En un momento en que los vehículos electrificados y el almacenamiento estacionario de energía desempeñan un papel clave en el futuro del sector energético, la producción sostenible de baterías de iones de litio es esencial. Un equipo de investigadores dirigido por Benjamin Schumm, Holger Althues y Stefan Kaskel ha desarrollado DRYtraec (revestimiento de electrodos por transferencia en seco), un novedoso método de producción de células de batería que no utiliza ninguno de los disolventes tóxicos habituales y elimina el costoso secado de las capas de electrodos, que consume mucha energía.
El reto de la producción de baterías y la innovadora solución DRYtraec
Los electrodos, un componente clave de cualquier batería, suelen consistir en una lámina metálica con un fino revestimiento. Este revestimiento contiene los componentes activos responsables del almacenamiento de energía. "El proceso de recubrimiento convencional utiliza un método químico húmedo que aplica lo que se conoce como lechada", explica Schumm, responsable del departamento de Tecnología de Partículas de Fraunhofer IWS. "La tecnología DRYtraec permite producir una capa de electrodo directamente a partir de una mezcla seca compuesta por material activo, negro de humo conductor y aglutinantes". Al contrario que en el método convencional de lechada, para ello no se utilizan disolventes. Una unidad especial de calandrado genera fuerzas de cizallamiento en un espacio entre rodillos denominado nip, anclando así mecánicamente las partículas del material activo y del negro de humo conductor al hacer que el aglutinante forme fibrillas, un proceso conocido como fibrilación. Con el apoyo de los rodillos de la calandra, el resultado es una capa de electrodos completamente seca, lo que elimina la etapa de secado, que consume mucha energía y además ocupa mucho espacio. El recubrimiento por las dos caras también es posible en un solo paso mediante la transferencia directa de ambas caras a la lámina colectora de corriente. Los electrodos DRYtraec fabricados sin disolventes presentan un rendimiento y una estabilidad extraordinarios sin ningún inconveniente en comparación con los electrodos basados en lodos.
DRYtraec - Tecnología patentada con un enorme potencial de futuro
El método científico único y el enfoque que representa el proceso de transferencia de película seca basado en rodillos minimiza los riesgos de producción al tiempo que facilita el escalado a mayores anchuras de recubrimiento y mayores velocidades de proceso. El primer sistema prototipo del mundo se diseñó y construyó en 2013, y la tecnología no ha dejado de evolucionar desde entonces. El sistema permite el control continuo del proceso y la producción de electrodos de alta calidad en un proceso rollo a rollo. "Para DRYtraec, realizamos una plataforma de I+D que ofrece a los clientes de la industria una amplia gama de opciones, desde las pruebas hasta la transferencia y el uso comercial, a lo largo de toda la cadena de valor. Ahora que hemos concedido la licencia de la tecnología a una empresa líder de la industria automovilística europea, se está allanando el camino para seguir escalando hasta la producción en serie", explica Althues, jefe del departamento de Materiales para Baterías de Fraunhofer IWS.
El método DRYtraec también es adecuado para las importantes tecnologías de baterías del futuro, como las baterías de iones de sodio y las de estado sólido. Se ha demostrado la capacidad de producción de electrodos "Drop-in" para estos sistemas de celdas. Kaskel, Director de Tecnología de Baterías de Fraunhofer IWS, explica: "Primero realizamos este proceso para electrodos de baterías de iones de litio y ahora lo hemos ajustado también para baterías de litio-azufre y de estado sólido. Éstas serán cada vez más importantes en el futuro, pero el rendimiento de los materiales se resiente con el tratamiento químico en húmedo. Con DRYtraec, ofrecemos un enfoque prometedor con el doble de ventajas".
La tecnología patentada DRYtraec, establecida ahora como método estándar de recubrimiento en seco, consolida el papel de Fraunhofer IWS como proveedor líder de I+D en este campo. De este modo, Fraunhofer contribuye de forma crucial a salvaguardar el estatus de Alemania como centro de producción automovilística y subraya la importancia de la tecnología de producción como clave para la creación de valor en la transformación de la movilidad.
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