La tecnologia di essiccazione a spruzzo utilizzata per il caffè istantaneo applicata alla produzione di batterie ad alta capacità
Raggiunto il primato mondiale del 98% di contenuto di materiale attivo nell'elettrodo
Il Korea Electrotechnology Research Institute (KERI) e il Korea Institute of Materials Science (KIMS) hanno sviluppato congiuntamente la "tecnologia di produzione di elettrodi a secco ad alte prestazioni basata sulla tecnologia di essiccazione a spruzzo" per la realizzazione di batterie secondarie ad alta capacità.
(Prima fila, a sinistra) Il ricercatore senior Jihee Yoon del KIMS e (Prima fila, a destra) il ricercatore senior Insung Hwang del KERI hanno prodotto con successo elettrodi secchi per batterie secondarie ad alta capacità utilizzando la tecnica di essiccazione a spruzzo.
Korea Electrotechnology Research Institute
Gli elettrodi delle batterie secondarie sono realizzati mescolando "materiali attivi" che immagazzinano energia elettrica, "additivi conduttivi" che favoriscono il flusso di elettricità e "leganti" che agiscono come una sorta di adesivo. Esistono due metodi per miscelare questi materiali: il "processo a umido", che utilizza solventi, e il "processo a secco", che mescola polveri solide senza solventi. Il processo a secco è considerato più rispettoso dell'ambiente rispetto al processo a umido e si è guadagnato una notevole attenzione come tecnologia in grado di aumentare la densità energetica delle batterie secondarie. Tuttavia, fino ad oggi, ci sono state molte limitazioni nell'ottenere una miscela uniforme di materiali attivi, additivi conduttivi e leganti nel processo a secco.
Per risolvere questo problema, il KERI e il KIMS hanno applicato al processo a secco la tecnologia di "essiccazione a spruzzo", già sperimentata per la produzione di massa nell'industria alimentare e farmaceutica. In primo luogo, i ricercatori del KIMS hanno mescolato i materiali attivi e gli additivi conduttivi in forma liquida e poi li hanno spruzzati in una camera ad alta temperatura fatta di tubi di vetro. Il principio è che il solvente evapora istantaneamente a causa dell'alta temperatura all'interno della camera, lasciando solo una polvere composita uniformemente miscelata di materiali attivi e additivi conduttivi. Questo metodo è lo stesso processo utilizzato nella produzione di massa di caffè istantaneo in stick, dove il concentrato di caffè viene spruzzato e l'aria calda viene applicata per produrre polvere solida.
La polvere composita di materiali attivi e additivi conduttivi ottenuta con la tecnica dell'essiccazione a spruzzo è stata trasformata in elettrodi ad alta capacità dai ricercatori del KERI, che possiedono un ampio know-how e una vasta esperienza nei "processi di elettrodi a secco". I ricercatori hanno mescolato il composito di materiali attivi e additivi conduttivi con leganti, quindi hanno eseguito un processo chiamato "fibrillazione", in cui i leganti vengono stirati in fili utilizzando un'attrezzatura appositamente progettata. Grazie a questo delicato processo, i "materiali attivi, gli additivi conduttivi e i leganti" sono stati intrecciati meglio come struttura e hanno potuto essere combinati con precisione. Infine, i ricercatori sono passati a un processo di "calandratura", in cui i materiali attivi, gli additivi conduttivi e i leganti combinati sono stati trasformati in una pellicola sottile con densità uniforme, per produrre infine elettrodi per batterie.
Il KERI e il KIMS ritengono che questo risultato consentirà di ottenere un'elevata capacità nelle batterie secondarie. Grazie a ciò, diventa possibile ottenere una miscelazione ottimale tra i materiali interni della batteria secondaria, riducendo la quantità di additivi conduttivi rispetto a prima e riempiendo invece quello spazio con materiali attivi, che sono direttamente correlati alla capacità della batteria.
I ricercatori che hanno condotto lo studio congiunto hanno ridotto drasticamente la quantità di additivi conduttivi dal 2-5% riportato nella letteratura esistente sugli elettrodi a secco fino allo 0,1%, attraverso numerosi esperimenti. Hanno anche raggiunto con successo un livello leader mondiale del 98% per il contenuto di materiali attivi. Inoltre, gli elettrodi a secco prodotti con questo metodo hanno raggiunto una capacità areale di circa 7 mAh/cm², doppia rispetto agli elettrodi commerciali (2-4 mAh/cm²). I risultati della ricerca sono stati riconosciuti per la loro elevata competenza tecnologica e recentemente pubblicati sulla rivista Chemical Engineering Journal.
Il ricercatore senior Insung Hwang del Next Generation Battery Research Center del KERI ha spiegato l'importanza dei risultati della ricerca, affermando che la combinazione ottimale di materiali elettrodici può migliorare la densità energetica e le prestazioni, e che questa tecnologia ha un grande potenziale in quanto può essere applicata ai campi delle batterie di prossima generazione, come le batterie allo stato solido e le batterie al litio-zolfo. Il ricercatore senior Jihee Yoon, della Divisione di ricerca sui materiali compositi e di convergenza del KIMS, ha dichiarato: "Attraverso le ricerche successive, intendiamo ridurre i costi di processo, migliorare le capacità di produzione di massa e aumentare la maturità della tecnologia, con l'obiettivo di trasferirla alle aziende".
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