Transição energética - Baterias sustentáveis e de baixo custo para os veículos eléctricos de amanhã
Investigadores do Fraunhofer IWS distinguidos com o Prémio Joseph von Fraunhofer 2025
A mobilidade eléctrica está a dar grandes passos na Alemanha e em toda a Europa. Para continuar a desenvolver a mobilidade eléctrica, será necessário aumentar consideravelmente a capacidade de produção de células de bateria neste país. Os métodos de produção também terão de utilizar pouca energia e ser muito mais económicos. Uma equipa de investigadores do Fraunhofer Institute for Material and Beam Technology IWS, em Dresden, desenvolveu o DRYtraec, um método revolucionário que permite o fabrico económico e ecológico de eléctrodos para baterias. Por esta tecnologia pioneira, os investigadores receberam o Prémio Joseph von Fraunhofer para 2025 na assembleia anual da Fraunhofer.
Com a nova tecnologia de transferência a seco DRYtraec, os eléctrodos das células de armazenamento de energia são revestidos com uma película seca em vez de produtos químicos líquidos.
© Piotr Banczerowski
Numa altura em que os veículos electrificados e o armazenamento estacionário de energia desempenham um papel fundamental no futuro do sector energético com impacto neutro no clima, a produção sustentável de baterias de iões de lítio é essencial. Uma equipa de investigadores liderada por Benjamin Schumm, Holger Althues e Stefan Kaskel desenvolveu o DRYtraec (revestimento de eléctrodos por transferência a seco), um novo método de produção de células de bateria que não utiliza nenhum dos solventes tóxicos típicos e elimina a secagem dispendiosa e intensiva em energia das camadas de eléctrodos.
O desafio da produção de baterias e a solução inovadora DRYtraec
Um componente chave de qualquer bateria, os eléctrodos são normalmente constituídos por uma folha de metal com um revestimento fino. Este revestimento contém os componentes activos que são responsáveis pelo armazenamento de energia. "O processo de revestimento convencional utiliza um método químico húmido que aplica o que é conhecido como lama", explica Schumm, o chefe do departamento de Tecnologia de Partículas da Fraunhofer IWS. "A tecnologia DRYtraec torna possível produzir uma camada de elétrodo diretamente a partir de uma mistura seca constituída por material ativo, negro de fumo condutor e aglutinantes." Ao contrário do método convencional de pasta, não são utilizados solventes para o efeito. Uma unidade especial de calandra gera forças de cisalhamento numa abertura de rolo chamada nip, ancorando assim mecanicamente as partículas do material ativo e do negro de fumo condutor, fazendo com que o aglutinante forme fibrilas, um processo conhecido como fibrilação. Suportada pelos rolos da calandra, o resultado é uma camada de elétrodo completamente seca, eliminando a fase de secagem, que consome muita energia e ocupa muito espaço. O revestimento de dupla face também é possível numa única etapa, através da transferência direta de ambos os lados para a folha coletora de corrente. Os eléctrodos DRYtraec produzidos sem solventes apresentam um desempenho e uma estabilidade excepcionais, sem quaisquer inconvenientes em comparação com os eléctrodos à base de lama.
DRYtraec - Tecnologia patenteada com um vasto potencial para o futuro
O método científico e a abordagem únicos representados pelo processo de transferência de película seca com base em rolos minimizam os riscos de produção, facilitando a expansão para larguras de revestimento maiores e velocidades de processo mais elevadas. O primeiro protótipo de sistema do mundo foi concebido e construído em 2013, e a tecnologia tem vindo a evoluir de forma constante desde então. O sistema permite o controlo contínuo do processo e a produção de eléctrodos de alta qualidade num processo rolo a rolo. "Para a DRYtraec, criámos uma plataforma de I&D que oferece aos clientes da indústria uma vasta gama de opções, desde o teste à transferência para utilização comercial, ao longo de toda a cadeia de valor. Agora que licenciámos a tecnologia a uma empresa líder da indústria automóvel europeia, estamos a abrir caminho para uma maior expansão até à produção em massa", explica Althues, chefe do departamento de Materiais para Baterias do Fraunhofer IWS.
O método DRYtraec também é adequado para as importantes tecnologias de baterias do futuro, como as baterias de iões de sódio e de estado sólido. A capacidade de "Drop-in" para a produção de eléctrodos foi demonstrada para estes sistemas de células. Kaskel, Diretor da Área Tecnológica de Tecnologia de Baterias da Fraunhofer IWS, explica: "Começámos por realizar este processo para eléctrodos em baterias de iões de lítio e agora ajustámo-lo também para baterias de lítio-enxofre e de estado sólido. Estas serão cada vez mais importantes no futuro, mas o desempenho dos materiais sofre com o processamento químico húmido. Com DRYtraec, oferecemos uma abordagem promissora com o dobro das vantagens".
A tecnologia patenteada DRYtraec, agora estabelecida como um método padrão de revestimento a seco, solidifica o papel do Fraunhofer IWS como um fornecedor líder de I&D neste domínio. Desta forma, a Fraunhofer está a dar um contributo crucial para salvaguardar o estatuto da Alemanha como um centro de produção automóvel e a sublinhar a importância da tecnologia de produção como chave para a criação de valor na transformação da mobilidade.
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