El Instituto Coreano de Investigación Electrotecnológica (KERI) y el Instituto Coreano de Ciencia de Materiales (KIMS) han desarrollado conjuntamente una tecnología de fabricación de electrodos secos de alto rendimiento basada en secado por aspersión para la fabricación de baterías secundarias de alta capacidad.
por el Consejo Nacional de Investigación de Ciencia y Tecnología
El estudio se publicó en la revista Chemical Engineering Journal .
Los electrodos secundarios de batería se fabrican mezclando materiales activos que almacenan energía eléctrica, aditivos conductores que facilitan el flujo de electricidad y aglutinantes que actúan como adhesivos. Existen dos métodos para mezclar estos materiales: el proceso húmedo, que utiliza disolventes, y el proceso seco, que mezcla polvos sólidos sin disolventes.
El proceso seco se considera más ecológico que el húmedo y ha cobrado gran importancia como tecnología que puede aumentar la densidad energética 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 al proceso seco la tecnología de secado por aspersión, ya probada para la producción en masa en las industrias alimentaria y farmacéutica. Primero, los investigadores de KIMS mezclaron los materiales activos y los aditivos conductores en una suspensión líquida y luego los pulverizaron en una cámara de alta temperatura hecha de tubos de vidrio.
El principio es que el disolvente se evapora instantáneamente debido a la alta temperatura dentro de la cámara, dejando únicamente un polvo compuesto uniformemente mezclado de materiales activos y aditivos conductores. Este método es el mismo que se utiliza en la producción en masa de café instantáneo en barra, donde se pulveriza concentrado de café y se aplica aire caliente para producir un polvo sólido.
El polvo compuesto de materiales activos y aditivos conductores, elaborado mediante la técnica de secado por aspersión, fue transformado en electrodos de alta capacidad por investigadores de KERI, quienes poseen amplios conocimientos y experiencia en procesos de electrodos secos . Los investigadores mezclaron el compuesto de materiales activos y aditivos conductores con aglutinantes y posteriormente llevaron a cabo un proceso denominado fibrilación, en el que los aglutinantes se estiran formando hilos mediante equipos especialmente diseñados.
Mediante este delicado proceso, los materiales activos, aditivos conductores y aglutinantes se entrelazaron mejor formando una estructura y pudieron combinarse con precisión. Finalmente, los investigadores se sometieron a un proceso de calandrado, donde la combinación de materiales activos, aditivos conductores y aglutinantes se transformó en una película delgada con densidad uniforme, produciendo finalmente electrodos para baterías.
KERI y KIMS creen que este logro permitirá alcanzar una alta capacidad en las baterías secundarias. Gracias a ello, es posible lograr una mezcla óptima entre los materiales internos de la batería secundaria, reduciendo la cantidad de aditivos conductores en comparación con la versión anterior y, en su lugar, rellenando ese espacio con materiales activos, directamente relacionados con la capacidad de la batería.
Los investigadores que llevaron a cabo el estudio conjunto redujeron drásticamente la cantidad de aditivos conductores del rango del 2 al 5 % reportado en la literatura existente sobre electrodos secos a tan solo el 0,1 %, mediante numerosos experimentos. Además, lograron un nivel líder mundial del 98 % en el contenido de materiales activos.
Además, los electrodos secos fabricados con este método alcanzaron una capacidad superficial de aproximadamente 7 mAh/cm² , el doble que la de los electrodos comerciales (2–4 mAh/cm² ) . Los resultados de la investigación relacionada fueron reconocidos por su alto nivel tecnológico.
El investigador principal Insung Hwang del Centro de Investigación de Baterías de Próxima Generación de KERI explicó la importancia de los resultados de la investigación y afirmó que la combinación óptima de materiales de electrodos puede mejorar la densidad energética y el rendimiento, y que esta tecnología tiene un gran potencial, ya que se puede aplicar a los campos de baterías de próxima generación, como las baterías de estado sólido y las baterías de litio-azufre.
La investigadora principal Jihee Yoon, de la División de Investigación de Materiales Compuestos y Convergencia de KIMS, afirmó: «A través de investigaciones de seguimiento, planeamos reducir los costos de proceso, mejorar las capacidades de producción en masa y aumentar la madurez tecnológica, 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 energética con compuestos SWCNT/NCM secados por aspersión, Chemical Engineering Journal (2025). DOI: 10.1016/j.cej.2025.160159
