Cómo el secado por aspersión permite que las baterías sigan funcionando.

 

Comienza con el material que se muele en partículas finas mediante un proceso de molienda. Esto da como resultado polvos finos secos o suspensiones de partículas finas, que posteriormente se transforman en gránulos mediante secado por aspersión.



 

Los materiales avanzados se utilizan en el espacio electromédico y son parte integral de varias de las tecnologías que usamos todos los días. Una de esas áreas es la investigación de baterías, ya que los materiales avanzados juegan un papel fundamental en el desarrollo de ánodos y cátodos en baterías de Iones de Litio. Cuando la batería de iones de litio salió al mercado en 1991, el material del ánodo estaba hecho de grafito y el electrodo positivo estaba hecho de óxido de metal mixto, óxido de litio y cobalto (LiCoO2), aunque hoy en día, los materiales del cátodo también están hechos de estructuras de espinela y olivino. .

 

Las estructuras mixtas de óxidos, espinela y olivino se utilizan por sus propiedades únicas que contribuyen al rendimiento electroquímico, la estabilidad térmica y la seguridad. Los óxidos de metales mixtos como LiCoO2, NMC y NCA se usan ampliamente por su alta capacidad específica, alta densidad de energía y buen rendimiento de ciclo. La combinación de diferentes iones metálicos en una red cristalina permite ajustar con precisión propiedades como la conductividad iónica, la estabilidad estructural y el potencial redox. Los materiales de cátodo de espinela tienen una estructura cristalina tridimensional con iones de litio y metales de transición que ocupan sitios de red específicos. La estructura tiene varios beneficios, incluida una alta conductividad iónica y electrónica. Estructuras de olivino, como el fosfato de hierro y litio (LiFeO4), tienen una estructura unidimensional donde los iones de litio residen en canales rodeados por una red de metal-oxígeno. La estructura tiene una alta estabilidad estructural que ofrece un excelente rendimiento cíclico y una excelente estabilidad térmica. El uso de elementos no tóxicos como el Hierro y el Fósforo hace que las estructuras de olivino sean una solución especialmente respetuosa con el medio ambiente. La enorme variedad de posibilidades que ofrecen estas estructuras ha dejado mucho espacio para desarrollos y avances a lo largo de los años.

 

La investigación y el desarrollo continuos con materiales y estructuras avanzados han llevado a las grandes mejoras que hemos presenciado a lo largo de los años y aún se están realizando desarrollos. El grafito que tradicionalmente se usaba en las primeras baterías de Li-Ion era insuficiente para cumplir con las demandas de los materiales anódicos que se usaban y probaban debido a su baja capacidad específica teórica. El grafito fue reemplazado por grafeno en 2004 cuando se descubrió que era un sustrato excelente para materiales activos. El grafeno era ideal ya que tiene una alta conductividad electrónica, una gran superficie y propiedades mecánicas superiores. Se han investigado numerosos compuestos de grafeno y, como consecuencia, el rendimiento del ciclismo y la capacidad de velocidad han aumentado.

 

La granulación y la aglomeración controlada se refieren al proceso de formación de gránulos a partir de partículas finas. La mezcla de materias primas con aglutinantes y dispersantes puede lograr gránulos de varias µm mediante secado por aspersión. Es necesario aglomerar los polvos finos en gránulos más grandes ya que las partículas pequeñas tienen poca fluidez.

 

La formación compuesta es un proceso en el que un material se incluye en una matriz mediante secado por pulverización. El material matriz envuelve al material invitado formando un compuesto. Este proceso se puede utilizar tanto para introducir como para reducir las propiedades de un material.

 

Muchas de las aplicaciones de batería antes mencionadas requieren granulación mediante secado por aspersión, mediante el cual una suspensión de partículas primarias, aglutinante y tensioactivo se atomiza en pequeñas gotas. Estos se inyectan en una corriente de gas caliente que hace que el fluido se evapore de la superficie de las gotas. Las gotitas se contraen continuamente en gránulos casi esféricos formados por partículas finas. Instrumentos de secado por pulverización a medidason capaces de influir en la morfología de los gránulos de varias maneras. Se pueden adaptar varios parámetros para influir en la carga de sólidos, la reología de las lechadas rociadas y el grado de floculación dentro de las lechadas. También se pueden introducir aglutinantes y plastificantes para ayudar a formar partículas sólidas. Diferentes boquillas y puntas de boquilla pueden producir una amplia gama de tamaños de partículas, y casi cualquier líquido o incluso dos líquidos inmiscibles pueden secarse por aspersión a la vez. Incluso hay soluciones para secar soluciones o suspensiones en un sistema completamente cerrado para maximizar la seguridad y minimizar el desperdicio de solventes. Para el tipo de precisión requerida para aplicaciones de batería, un deshumidificadorse puede utilizar para el secado de aire acondicionado con precisión. Debido a la adaptabilidad del equipo de secado por atomización y el potencial que ofrecen las diversas estructuras discutidas, las aplicaciones de la batería de secado por atomización son numerosas. Por mi parte, que no puedo tener suficiente de lo último y lo mejor, espero ver cómo se pueden optimizar las baterías y qué posibilidades se avecinan.