Tecnologia de secagem por pulverização utilizada no café instantâneo aplicada à produção de baterias de alta capacidade

Os eléctrodos das baterias secundárias são fabricados através da mistura de "materiais activos" que armazenam energia eléctrica, "aditivos condutores" que ajudam o fluxo de eletricidade e "aglutinantes" que actuam como uma espécie de adesivo. Existem dois métodos para misturar estes materiais: o "processo húmido", que utiliza solventes, e o "processo seco", que mistura pós sólidos sem solventes. O processo seco é considerado mais amigo do ambiente do que o processo húmido e tem ganho uma atenção significativa como uma tecnologia que pode aumentar a densidade energética das baterias secundárias. No entanto, até agora, tem havido muitas limitações na obtenção de uma mistura uniforme de materiais activos, aditivos condutores e aglutinantes no processo seco.

Para resolver este problema, a KERI e a KIMS aplicaram a tecnologia de "secagem por pulverização", que já foi comprovada para a produção em massa nas indústrias alimentar e farmacêutica, ao processo seco. Em primeiro lugar, os investigadores do KIMS misturaram os materiais activos e os aditivos condutores numa forma de pasta líquida e depois pulverizaram-nos numa câmara de alta temperatura feita de tubos de vidro. O princípio é que o solvente se evapora instantaneamente devido à elevada temperatura no interior da câmara, deixando apenas um pó composto uniformemente misturado de materiais activos e aditivos condutores. Este método é o mesmo processo utilizado na produção em massa de café instantâneo em barra, em que o concentrado de café é pulverizado e o ar quente é aplicado para produzir um pó sólido.

O pó composto de materiais activos e aditivos condutores fabricado através da técnica de secagem por pulverização foi transformado em eléctrodos de alta capacidade pelos investigadores do KERI, que possuem um vasto know-how e experiência em "processos de eléctrodos secos". Os investigadores misturaram o composto de materiais activos e aditivos condutores com aglutinantes e, em seguida, realizaram um processo denominado "fibrilação", no qual os aglutinantes são esticados em fios utilizando equipamento especialmente concebido para o efeito. Através deste processo delicado, os "materiais activos-aditivos condutores-ligantes" foram mais bem tecidos como uma estrutura e puderam ser combinados com precisão. Finalmente, os investigadores passaram por um processo de "calandragem", em que os materiais activos combinados, os aditivos condutores e os aglutinantes foram transformados numa película fina com densidade uniforme, produzindo, em última análise, eléctrodos para baterias.

O KERI e o KIMS acreditam que este feito permitirá obter uma elevada capacidade em baterias secundárias. Graças a isto, torna-se possível conseguir uma mistura óptima entre os materiais internos da bateria secundária, reduzindo a quantidade de aditivos condutores em comparação com o que se fazia anteriormente e, em vez disso, preenchendo esse espaço com materiais activos, que estão diretamente relacionados com a capacidade da bateria.

Os investigadores que realizaram o estudo conjunto reduziram drasticamente a quantidade de aditivos condutores do intervalo de 2-5% relatado na literatura existente relacionada com eléctrodos secos para apenas 0,1%, através de numerosas experiências. Conseguiram também atingir um nível líder mundial de 98% para o conteúdo de materiais activos. Além disso, os eléctrodos secos fabricados com este método atingiram uma capacidade de área de aproximadamente 7 mAh/cm², o que é o dobro dos eléctrodos comerciais (2-4 mAh/cm²). Os resultados desta investigação foram reconhecidos pela sua elevada competência tecnológica e publicados recentemente na revista Chemical Engineering Journal.

O investigador sénior Insung Hwang, do Centro de Investigação de Baterias de Nova Geração do KERI, explicou a importância dos resultados da investigação, afirmando que a combinação óptima de materiais de eléctrodos pode aumentar a densidade e o desempenho energéticos e que esta tecnologia tem um grande potencial, uma vez que pode ser aplicada a campos de baterias de nova geração, como as baterias de estado sólido e as baterias de lítio-enxofre. O investigador sénior Jihee Yoon, da Divisão de Investigação de Materiais Compósitos e Convergência da KIMS, declarou: "Através da investigação de acompanhamento, planeamos reduzir os custos do processo, melhorar as capacidades de produção em massa e aumentar a maturidade da tecnologia, com o objetivo de, eventualmente, transferir a tecnologia para as empresas."