Un equipo del Instituto Politécnico de Worcester, dirigido por Yan Wang, ha desarrollado un proceso rentable y sin disolventes para producir electrodos de batería de iones de litio que se cargan más rápido que los que se encuentran actualmente en el mercado.
Una nueva técnica de fabricación aborda un obstáculo importante al que se enfrenta la industria de los vehículos eléctricos.
Un grupo de investigación dirigido por el investigador del Instituto Politécnico de Worcester (WPI), Yan Wang, ha desarrollado una metodología sin disolventes para la producción de electrodos de batería de iones de litio. Este nuevo enfoque produce electrodos que son más ecológicos, económicos y rápidos que los disponibles actualmente, lo que podría revolucionar la fabricación de baterías para vehículos eléctricos.
El equipo dio a conocer una técnica de fabricación de impresión en seco en la revisión Joule, que evita el uso de disolventes nocivos y los largos tiempos de secado inherentes a los métodos tradicionales de producción de electrodos que utilizan lodos. Wang, WPI Dean William B. Smith Profesor en el Departamento de Ingeniería Mecánica y de Materiales, dijo que el proceso innovador es escalable y podría reducir potencialmente los gastos de producción de electrodos hasta en un 15%. Además, los electrodos producidos por este método pueden cargarse más rápido que los creados con métodos convencionales.
“Las baterías de iones de litio actuales se cargan con demasiada lentitud y los fabricantes suelen utilizar solventes inflamables, tóxicos y costosos que aumentan el tiempo y el costo de producción”, dijo Wang. “Nuestro proceso de fabricación sin solventes aborda estos inconvenientes mediante la producción de electrodos que se cargan al 78 % de su capacidad en 20 minutos, todo sin necesidad de solventes, lodos y largos tiempos de producción”.
Yan Wang, investigador del Instituto Politécnico de Worcester. Crédito: Matt Burgos
Los electrodos de baterías de iones de litio comerciales generalmente se fabrican mezclando materiales activos, aditivos conductores, polímeros y solventes orgánicos para crear una suspensión que se une a un sustrato de metal, se seca en un horno y se corta en pedazos para usar en las baterías. Los disolventes se recuperan por destilación.
El proceso de los investigadores, por otro lado, implicó mezclar polvos secos cargados eléctricamente para que se pegaran cuando se rociaran sobre un sustrato de metal. A continuación, los electrodos revestidos secos se calentaron y comprimieron con rodillos. Omitir el proceso convencional de secado y recuperación de solventes redujo el consumo de energía de fabricación de baterías en aproximadamente un 47 por ciento, informaron los investigadores.
Referencia: “Electrodos fabricados sin solventes de rollo a rollo para baterías de carga rápida” por Yangtao Liu, Xiangtao Gong, Chinmoy Podder, Fan Wang, Zeyuan Li, Jianzhao Liu, Jinzhao Fu, Xiaotu Ma, Panawan Vanaphuti, Rui Wang, Andrew Hitt, Yavuz Savsatli, Zhenzhen Yang, Mingyuan Ge, Wah-Keat Lee, Bryan Yonemoto, Ming Tang, Heng Pan y Yan Wang, 10 de mayo de 2023, Joule.
DOI: 10.1016/j.joule.2023.04.006
Wang se ha centrado durante mucho tiempo en mejorar las baterías de iones de litio y reducir los desechos que generan. Fue cofundador de Ascend Elements, una empresa que desarrolla tecnologías de reciclaje de baterías. El trabajo de fabricación de electrodos de Wang fue financiado por el Departamento de Energía junto con el Consorcio de Baterías Avanzadas de los Estados Unidos y el Centro de Energía Limpia de Massachusetts. Los colaboradores del proyecto incluyeron a Yangtao Liu ’22 (Ph.D.), el estudiante graduado Jinzhao Fu, el profesor asistente de investigación Xiaotu Ma, Panawan Vanaphuti ’22 (Ph.D.) y Rui Wang ’23 (Ph.D. .), cualquier WPI; e investigadores de Texas A&M University, Rice University, Microvast Inc., Argonne National Laboratory y Brookhaven National Laboratory.
WPI ha presentado una solicitud de patente sobre la tecnología de fabricación desarrollada por el equipo de Wang. Además, Wang y uno de sus socios, Heng Pan de Texas A&M University, cofundaron AM Batteries Inc., una empresa respaldada por capital de riesgo que trabaja con Amperex Technology Limited (ATL) y otras empresas para desarrollar electrodos sin solventes. fabricación.
