WPI

Uma equipe liderada pelo pesquisador do Worcester Polytechnic Institute (WPI), Yan Wang, desenvolveu um processo sem solvente para fabricar eletrodos de bateria de íons de lítio que são mais ecológicos, mais baratos e carregam mais rápido do que os eletrodos atualmente no mercado.

Em um artigo de acesso aberto na revista Joule, o grupo relatou um processo de fabricação de impressão a seco (DP) que evita os solventes tóxicos e os longos tempos de secagem necessários na fabricação de eletrodos com pastas e métodos de produção convencionais.

A menor tortuosidade alcançada pelos poros abertos no eletrodo impresso a seco (DP) permite um caminho de difusão de Li+ mais curto, o que leva a um melhor desempenho da taxa. As células de bolsa DP exibem maior capacidade de retenção de 78% e 69% a 3C e 4C, respectivamente, em comparação com 67% e 52% para as células de suspensão fluida (SL) nas mesmas taxas. Além disso, a camada de revestimento na superfície dos materiais ativos evita o excesso de reação lateral entre os materiais ativos e os eletrólitos, o que prolonga o ciclo de vida das células DP. Este processo de fabricação é um sistema rolo a rolo com imenso potencial de expansão, proporcionando uma forma mais eficiente e econômica de fabricação de baterias.

Wang, professor do WPI William B. Smith Dean no Departamento de Engenharia Mecânica e de Materiais, disse que o novo processo pode ser ampliado e reduzir os custos de fabricação de eletrodos em até 15%, ao mesmo tempo que produz eletrodos que podem carregar mais rápido do que os eletrodos produzidos convencionalmente. .

As atuais baterias de íons de lítio carregam muito lentamente e os fabricantes normalmente usam solventes inflamáveis, tóxicos e caros que aumentam o tempo e o custo de produção. Nosso processo de fabricação sem solventes aborda essas desvantagens ao produzir eletrodos que carregam até 78% da capacidade em 20 minutos, tudo isso sem a necessidade de solventes, pastas e longos tempos de produção.

Os eletrodos comerciais de baterias de íons de lítio são normalmente feitos misturando materiais ativos, aditivos condutores, polímeros e solventes orgânicos para criar uma pasta que é colada em um substrato de metal, seca em um forno e cortada em pedaços para uso em baterias. Os solventes são recuperados por destilação.

O processo dos pesquisadores, por outro lado, envolveu a mistura de pós secos que eram carregados eletricamente para que aderissem quando pulverizados sobre um substrato metálico. Os eletrodos revestidos a seco foram então aquecidos e comprimidos com rolos. Ignorar o processo convencional de secagem e recuperação de solvente reduziu o uso de energia na fabricação de baterias em cerca de 47%, relataram os pesquisadores.

A WPI registrou um pedido de patente sobre a tecnologia de fabricação desenvolvida pela equipe de Wang. Além disso, Wang e um de seus colaboradores, Heng Pan, da Texas A&M University, co-fundaram a AM Batteries Inc., uma empresa apoiada por capital de risco que está trabalhando com a Amperex Technology Limited (ATL) e outras empresas para ampliar a produção de eletrodos sem solventes. fabricação.

Recursos

Liu, Yangtao et al. (2023) “Eletrodos fabricados sem solvente rolo a rolo para baterias de carregamento rápido” Joule, Volume 7, Edição 5, 952 - 970 doi: 10.1016/j.joule.2023.04.006

Postado em 22 de maio de 2023 em Baterias, Manufatura, Contexto de Mercado, Materiais | Link permanente | Comentários (1)