Las ventas mundiales de vehículos eléctricos están aumentando de manera constante y los modelos puramente eléctricos ya representan aproximadamente una quinta parte de las ventas de vehículos nuevos. Son silenciosos y cómodos, tienen bajos costos de vehículo y cero emisiones de escape, lo que ha satisfecho las principales demandas de vehículos de la mayoría de los consumidores. Sin embargo, los altos precios de los vehículos todavía obstaculizan a muchos compradores potenciales. Muchas empresas automovilísticas occidentales han reducido o pospuesto recientemente sus planes de expansión de la producción de vehículos eléctricos. El verdadero cuello de botella en los costes sigue apuntando a la propia batería.
Las baterías representan alrededor del 40% del coste total de un vehículo eléctrico, del cual alrededor del 70% proviene de las materias primas y el 30% restante proviene del proceso de fabricación. Esto obliga a los ingenieros a trabajar en dos rutas al mismo tiempo: por un lado, seguir mejorando los sistemas químicos de baterías como el fosfato de hierro y litio y el ternario (níquel manganeso cobalto); por otro lado, "operan" en el propio proceso de producción de cómo convertir el polvo en electrodos. Aunque la investigación y el desarrollo de materiales en torno a los colectores de corriente, la densidad de energía, etc. continúan avanzando, el proceso básico de fabricación de electrodos en la mayoría de las fábricas de baterías no es muy diferente al de hace décadas.
El proceso de "recubrimiento húmedo" actualmente dominante requiere mezclar polvo activo y solventes tóxicos en una suspensión, recubrirlo uniformemente sobre la lámina metálica y luego enviarlo a un horno de secado que puede ser tan largo como un campo de fútbol para un secado repetido. Una fábrica de baterías con una producción anual de aproximadamente 50 GWh de celdas (que pueden satisfacer las necesidades de alrededor de 1 millón de vehículos eléctricos) puede requerir alrededor de 50 MW de suministro continuo de energía sólo para el proceso de secado. La demanda de energía es comparable a la de decenas de miles de hogares. Este alto consumo de energía, inversión de capital y costos ambientales se amplificarán linealmente con la ola global de construcción de "súper fábricas" y se volverán cada vez más insoportables para las compañías automotrices europeas y estadounidenses que se han quedado atrás en costos con respecto a sus competidores chinos durante varios años.
En este contexto, la fabricación de "electrodos secos" está pasando de un enfoque de laboratorio a un enfoque de fábrica. En teoría, siempre que el disolvente se elimine por completo en el proceso de recubrimiento, los costos operativos y el consumo de energía se pueden reducir significativamente, al mismo tiempo que se puede reducir la huella de la fábrica. Sin embargo, en la producción real, el proceso seco ha estado sujeto durante mucho tiempo a dificultades técnicas: sin un medio líquido que ayude a dispersar y unir las partículas, es difícil lograr una mezcla uniforme y una adhesión estable del polvo. Una vez que el calor y la fricción se superponen en una línea de producción de alta velocidad, es fácil dañar materiales sensibles, provocando problemas como el agrietamiento y la caída de los electrodos.
Muchas empresas están probando diferentes formas de resolver estos cuellos de botella en los procesos, con la esperanza de eliminar los hornos de secado y los disolventes tóxicos de la línea de producción y al mismo tiempo mantener o incluso mejorar el rendimiento electroquímico. Anaphite, con sede en Bristol, Reino Unido, ha propuesto la tecnología denominada "Precursor de recubrimiento seco", intentando convertir la forma final en un polvo seco imprimible teniendo en cuenta una dispersión uniforme. El método consiste en utilizar primero un disolvente de baja toxicidad para dispersar completamente el material del electrodo y luego eliminar mecánicamente el disolvente antes del recubrimiento, obteniendo finalmente un polvo que fluye libremente y forma una película.
Este tipo de polvo tiene una forma algo similar a la "arena dinámica": fluye libremente como partículas, pero puede formar una película continua y flexible bajo presión. Se transforma en una capa de electrodo suave bajo presión durante el proceso de fabricación y se une firmemente a la lámina metálica del colector de corriente, resolviendo así problemas comunes de adhesión y agrietamiento en los métodos secos tradicionales. Según los datos revelados por Anaphite, al eliminar el horno de secado de larga distancia y que consume mucha energía en la etapa de recubrimiento, su sistema puede reducir el consumo de energía relacionado con el recubrimiento en aproximadamente un 85 %. Con una configuración de equipo más simplificada, se espera que el costo total de producción de células se reduzca hasta aproximadamente un 40%, y el espacio de la fábrica también se puede reducir en aproximadamente un 15%, sin sacrificar los indicadores de rendimiento y rendimiento.
Sakuù, ubicada en San José, California, ha tomado un camino completamente diferente sin disolventes. Su plataforma de fabricación Kavian omite por completo la etapa de suspensión y utiliza directamente calor y presión para "sinterizar" el polvo seco en la lámina metálica, lo que es algo similar a la combinación de decoración de pasteles "sin desorden" e impresión láser. Esta arquitectura está diseñada para ser "neutral" al sistema químico de la batería, y la línea de producción puede imprimir fosfato de hierro y litio, ternario e incluso una variedad de nuevas fórmulas que pueden aparecer en el futuro cambiando el "cartucho" de material sin rediseñarlo.
En el proyecto piloto, Sakuù dijo que esta solución de impresión en seco puede reducir las emisiones de dióxido de carbono durante el proceso de producción en aproximadamente un 55 %, reducir el área de la fábrica en aproximadamente un 60 % y reducir los costos de servicios públicos en más de la mitad. Lo que también es fundamental es que su hardware adopte un diseño modular y compacto, y que el tamaño de la unidad pueda ser lo suficientemente pequeño como para caber en un espacio similar a un garaje. Las empresas pueden ampliar la capacidad de producción añadiendo o quitando módulos, sin necesidad de construir una fábrica centralizada gigante de golpe. Se espera que esta idea modular permita a las empresas de automóviles y proveedores de baterías organizar de manera más flexible la capacidad de producción cerca de la fábrica de vehículos, o expandir gradualmente la producción en incrementos más pequeños y más distribuidos.
Si estos procesos de electrodos secos pueden implementarse en la escala esperada, la conexión entre el rendimiento y la asequibilidad de los vehículos eléctricos se estrechará aún más, lo que va mucho más allá de lo que el ajuste fino de los procesos tradicionales puede igualar. Al superponer las ventajas de la propulsión eléctrica sobre la base de una mayor densidad de energía y celdas de batería de menor costo (par instantáneo, cabina silenciosa, bajo costo de uso), el mercado de vehículos eléctricos podrá depender más de una lógica simple de precio y valor, en lugar de subsidios gubernamentales o el entusiasmo de algunos de los primeros usuarios.