Fraunhofer FEP optimiza el proceso de producción de electrodos de metal-polímero
El Instituto Fraunhofer de Tecnología de Haz de Electrones y Plasma (FEP) considera sus resultados como "una base valiosa para optimizar las baterías de iones de litio" en la industria. Según el Fraunhofer FEP, la tecnología desarrollada por sus investigadores permite "la aplicación precisa de capas de cobre y aluminio sobre películas de polímero para producir colectores de corriente con una conductividad eléctrica y un grosor comparables a los colectores de corriente convencionales basados en láminas metálicas." Aunque los colectores de corriente también se denominan simplemente electrodos, Fraunhofer FEP utiliza sistemáticamente el término "colectores de corriente" en su anuncio.
Los electrodos de las pilas se fabrican recubriendo los materiales activos (como una mezcla de litio, níquel, manganeso, cobalto y aglutinante en un cátodo NMC) sobre una fina lámina metálica. Esta lámina metálica -normalmente de aluminio para el cátodo y de cobre para el ánodo- sirve de soporte, mientras que la reacción electroquímica para el almacenamiento de energía tiene lugar en la superficie del recubrimiento. La innovación aquí se centra precisamente en la sustitución de estas láminas portadoras en el interior de los electrodos.
El equipo de investigación de Dresde ha sustituido la lámina metálica pura por una película de polímero recubierta por ambas caras con una fina capa de aluminio o cobre, que ofrece propiedades de conductividad similares a las de las láminas metálicas puras. Tanto el revestimiento de cobre como el de aluminio tienen un grosor de alrededor de un micrómetro. Según Fraunhofer FEP, las películas de polímero recubiertas permanecieron "libres de arrugas significativas - ideales para su posterior procesamiento en la producción de baterías". Los propios revestimientos se aplicaron mediante evaporación por haz de electrones.
"El reto consistía en diseñar las películas de polímero y el proceso de recubrimiento de forma que el grosor del colector de corriente pudiera ser comparable al de las películas metálicas actuales y que la capa metálica tuviera una conductividad eléctrica óptima", afirma el director técnico del proyecto, Claus Luber. El equipo consiguió y demostró la deposición de capas gruesas de cobre y aluminio sobre películas de PET de 12 micrómetros. La deposición se llevó a cabo en un proceso rollo a rollo sobre anchuras de banda de hasta 60 centímetros.
Las láminas de polímero ofrecen dos ventajas principales. En primer lugar, son más ligeras que las láminas de metal puro gracias a su revestimiento metálico ultrafino de tan sólo un micrómetro por cara. Esto reduce el peso del electrodo y aumenta la densidad energética de la célula de la batería. Pero lo más importante es el aspecto de la seguridad. Si se produce un cortocircuito interno, el sustrato de polímero se funde, interrumpiendo el paso de la corriente. "Esto evita que el calor siga acumulándose y provoque un desbocamiento térmico", explican los investigadores.
En el proyecto PolySafe, financiado por el Ministerio Federal de Educación e Investigación de Alemania (BMBF), el equipo demostró no sólo el proceso de producción sino también una célula funcional basada en estos electrodos. El socio del proyecto, la Universidad Técnica de Braunschweig, fabricó células de bolsa utilizando los colectores de corriente de metal-polímero. "Estas células se sometieron a pruebas para comprobar sus propiedades electroquímicas y se compararon con las células de referencia convencionales. En estas pruebas, las células con colectores de corriente de metal sobre polímero se comportaron de forma similar a las células de referencia en términos de rendimiento y estabilidad de ciclo a diferentes velocidades de carga y descarga", informa Fraunhofer FEP.
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