Gran avance en el sexto intento
La pasta de electrodos es fundamental para la densidad de potencia y la densidad de energía de una batería. Descubra cómo hemos revolucionado la producción de pasta de electrodos para nuestro cliente Lishen en China.
213.08.2019
Es el año 2014: Jesse Wang se quita una gota de sudor de su rostro y reajusta su máscara respiratoria. Sabe que ahora no es momento de cometer errores. Se incorporó a Bühler hace tres años, en julio. No sabía mucho acerca de baterías cuando empezó y nunca pensó que llegaría a ser un experto que trabajara incansablemente para desarrollar una nueva pasta de electrodos. Este proceso sería tan singular que su cliente, Yi Liu, afirmaría más tarde: "Esta solución de Bühler cambiará por completo la industria de las baterías. Es un momento histórico, una revolución".
Relación con el cliente
Relación con el cliente
La pasta de electrodos es fundamental para la densidad de potencia y la densidad de energía de una batería, es decir, para el rendimiento y la energía por volumen de batería. Tradicionalmente, las pastas se producen por lotes en grandes recipientes. Estas plantas convencionales son enormes y muy caras. El proceso también es muy inflexible: si un lote no cumple con los requisitos, se elimina o se utiliza para productos de inferior calidad.
Mientras que la producción de grandes lotes tarda varias horas, la producción utilizando el nuevo proceso desarrollado por Bühler solo requiere unos pocos minutos. Utilizando una mezcladora giratoria de doble eje, los pasos de proceso necesarios (como mezcla, homogeneización, dispersión y desgasificación) se combinan en una única unidad de funcionamiento continuo.
Justo después de ocupar este puesto, Wang recibió la orden de ampliar el laboratorio de baterías en el sitio de Bühler en Wuxi. Las charlas con el primer cliente fueron tan prometedoras que Bühler decidió rápidamente realizar esta inversión preliminar. Wang era responsable de la industria de baterías en China, con el apoyo de sus colegas de la sede de Suiza que habían desarrollado originariamente la idea para el nuevo proceso.
Pero ahora, Wang está solo en el laboratorio de baterías trabajando en el sexto ensayo para fabricar la pasta de electrodos. Hasta el momento, los ensayos no han producido los resultados deseados. ¿Conseguirá esta vez cumplir con los estrictos requisitos que su cliente Lishen está buscando?
Las baterías hacen que nuestro mundo siga girando. Son los pequeños almacenes de energía que dirigen y hacen más fácil nuestras vidas. Cada vez más vehículos se alimentan exclusivamente a través de baterías, especialmente en China. En 2017, se vendieron cerca de 800 000 vehículos eléctricos en el país; casi la mitad de la producción global total. El gobierno chino respalda y subvenciona fuertemente la movilidad eléctrica. Se trata de una medida efectiva contra la contaminación medioambiental y es crucial para la estrategia de China de convertirse en un país de alta tecnología. Se prevé que el respaldo financiero acabe para finales del año 2020. En ese momento, a más tardar, las baterías de los vehículos deberán ser lo suficientemente potentes como para que puedan sobrevivir en el mercado libre. Motivo suficiente para que los fabricantes de baterías, como Lishen, realicen grandes inversiones en I+D de nuevos procesos para producir baterías.
Fundada en 1997, Lishen emplea hoy día a más de 9000 personas. Su lista de clientes incluye a las empresas más notables del sector de la electrónica y el entretenimiento: Apple, Samsung, Dell, HP, Huawei y Lenovo son solo algunos de los nombres más famosos. El fabricante chino de baterías tiene plantas de producción en Pekín, Qingdao, Suzhou, Wuhan, Shenzhen y Mianyang, y es uno de los cinco productores de baterías más importantes de China. Lishen planea aumentar la producción anual de sus actuales casi 10 GWh a 40 GWh en 2021, lo que equivale a una producción de alrededor de 800 000 baterías de vehículo.
Esta solución de Bühler cambiará por completo la industria de las baterías. Es un momento histórico, una revolución.
YI LIU,
Ingeniero de Lishen, China
Wang aplica cuidadosamente la pasta de electrodos en una película portante. Es negra y tiene una consistencia ligeramente viscosa. Wang está usando un aplicador de película para aplicar la capa lo más delgada posible sobre la película, ya que el espesor no debe superar los 100 micrómetros. Posteriormente, el electrodo seco se envía a Lishen y a su contacto principal, Liu, el ingeniero responsable del cliente.
La cooperación con Lishen es muy cercana. Las dos empresas trabajan bien juntas. Como cliente, Lishen aporta su experiencia y sus conocimientos acerca de las baterías. A cambio, Bühler aporta sus conocimientos sobre procesos y sus años de experiencia en mezcla continua: un proceso de mezcla único nunca antes utilizado en la industria de las baterías.
Gracias a este proceso de mezcla continua, el fabricante puede intervenir en cualquier momento si los resultados no cumpliesen con los requisitos. En última instancia, lo que cuenta es que el proceso de mezcla mejorado aumente de manera significativa el rendimiento de las baterías. También reduce los costos de inversión y, usando este nuevo proceso, los costos de energía son mucho más bajos en comparación con los métodos de producción convencionales. Por último, los requisitos de espacio del nuevo proceso son considerablemente inferiores y se producen menos rechazos. Algo que también ha impresionado a Lishen. Abandonar el procesamiento de lotes clásico de pasta de electrodos en favor del nuevo proceso continuo beneficia al cliente. Pero, ¿conseguirá Bühler desarrollar el proceso a escala industrial a tiempo para la nueva planta de Lishen?
Cada ensayo dura varios meses. En primer lugar, los ingenieros de Bühler desarrollan y validan la composición óptima de la pasta basándose en las especificaciones de Lishen. Cuando el equipo de Bühler está satisfecho con los resultados de los ensayos, produce 50 litros de pasta usando la nueva fórmula, que luego envía a Lishen. Liu, actual ingeniero responsable del departamento de procesos en Lishen, toma el control. El equipo de Lishen utiliza la nueva pasta de electrodos para crear prototipos de baterías y realiza pruebas exhaustivas. Bühler ha revolucionado el proceso de fabricación de baterías, dado que no se trata de una pasta de electrodos común.
Wang se encuentra en el laboratorio de análisis. Además de los muchos otros parámetros, para este sexto ensayo ha ajustado la concentración del agente adhesivo. Los resultados del ensayo están listos. Él comprueba la viscosidad y la distribución de las partículas en la pasta de electrodos, además de la conductividad eléctrica del electrodo, ya que juntos determinan la densidad de potencia y la densidad de energía de la batería. La viscosidad de la pasta fue particularmente problemática en la última serie de pruebas. Las nuevas materias primas y los nuevos ajustes de parámetros hicieron que la pasta fuese demasiado espesa, por lo que no se pudo usar de manera óptima. "Espesa y viscosa como la pasta de dientes", recuerda Wang.
Los últimos valores convencen al ingeniero. Los resultados del ensayo satisfacen los requisitos de Liu, pero pasarán varios meses antes que de Lishen confirme los resultados. Wang tendrá que esperar bastante tiempo para saber si el cliente querrá realizar más ensayos. Pero el tiempo es esencial, ya que los competidores de Lishen también trabajan en innovaciones y el proceso de Bühler es el primero de una serie de pasos que integran el complicado proceso de desarrollar baterías.
Si los ingenieros de Bühler fallan en su objetivo, se pone en peligro todo el proceso de fabricación y las nuevas plantas que Lishen está planificando en Suzhou. La producción de baterías comprende varias fases. Empieza con la preparación de las materias primas que los fabricantes de baterías suelen comprar a las empresas químicas. Estas se procesan posteriormente para crear pastas de ánodo y cátodo en un proceso de mezcla.
Aquí es donde entra en juego el proceso innovador de mezcla continua de Bühler, aunque las soluciones de Bühler también se utilizan en el proceso anterior para garantizar una correcta dosificación de las materias primas. Después del proceso de mezcla, las pastas se aplican a películas. Luego, estas se cortan a medida y se enrollan en celdas de baterías. En el siguiente paso, los fabricantes cargan y descargan las celdas para garantizar el mejor rendimiento posible de la batería. Por último, las celdas se envasan en paquetes de baterías, que luego se utilizan en los vehículos. Una única batería de vehículo eléctrico consta de varios cientos a varios miles de celdas de batería.
Este pedido nos ha permitido enviar una clara señal al sector: el nuevo proceso de mezcla está listo para el uso industrial.
JESSE WANG,
Ingeniero de Bühler
Meses más tarde, suena el teléfono móvil de Wang. Acepta la llamada. Liu está al otro lado de la línea. El jefe de proyecto de Lishen, que suele ser moderado, está maravillado: los resultados del sexto ensayo son impresionantes. El problema de viscosidad se ha resuelto y la densidad de potencia y la densidad de energía de las baterías han aumentado considerablemente durante la serie de ensayos.
Wang apenas puede creerlo. Él solo confía en los resultados después de repetir las pruebas. Pero, de hecho, Wang y su equipo lo han conseguido. La pasta de electrodos tenía realmente la calidad necesaria. Las cosas empiezan a moverse y Lishen firma un contrato para la entrega de una planta piloto en su fábrica de Tianjin. Es agosto de 2014, tres años después de que Wang empezase a trabajar para Bühler. Los exitosos ensayos que facilitaron el pedido de la primera planta piloto fueron el principio de una mutua historia de éxitos para Lishen y Bühler. Ambos socios han acordado la entrega de 10 líneas de producción a escala industrial. Cuatro se abrirán en la nueva fábrica de Suzhou, dos en Tianjin, donde se encuentra la planta piloto, y cuatro más en Qingdao. Conjuntamente, las líneas ofrecen un rendimiento anual de hasta 10 GWh. Suficiente como para producir más de 200 000 baterías de vehículo al año.
"Este pedido nos ha permitido enviar una clara señal al sector: el nuevo proceso de mezcla está listo para el uso industrial. Los beneficios reales pueden verse directamente en un contexto industrial.
No pasó mucho tiempo hasta que llegasen nuevos pedidos. Otro cliente ya había pedido cuatro líneas de producción y estamos negociando con otros clientes", explica Wang.
Aquí es donde entra en juego el proceso innovador de mezcla continua de Bühler, aunque las soluciones de Bühler también se utilizan en el proceso anterior para garantizar una correcta dosificación de las materias primas. Después del proceso de mezclado, las pastas se aplican a películas. Luego, estas se cortan a medida y se enrollan en celdas de baterías. En el siguiente paso, los fabricantes cargan y descargan las celdas para garantizar el mejor rendimiento posible de la batería. Por último, las celdas se envasan en paquetes de baterías, que luego se utilizan en los vehículos. Una única batería de vehículo eléctrico consta de varios cientos a varios miles de celdas de batería.
Wang se arregla la corbata. Es 20 de julio de 2017. Este es un momento histórico: la gran apertura de la planta de Lishen en Suzhou delante de cientos de espectadores. Wang ya ha visitado la planta y sabe lo impresionante que es: un predio de 600 x 50 m que integra todos los pasos de proceso para baterías de vehículo, desde las materias primas y la pasta de electrodos hasta la batería de vehículo eléctrico acabada. Esta noche se reunirán todos los actores de la industria de las baterías. Estarán presentes representantes del gobierno local y regional. Un gran éxito después de seis años de trabajo en el laboratorio.
Ha atardecido en Suzhou. El público escucha con la respiración contenida las palabras de Qin Xingcai, presidente de Lishen. Con esta nueva planta, la empresa tiene previsto colocarse en la primera línea del mercado chino de baterías. "Nuestra nueva fábrica produce una nueva generación de baterías. Este aumento del 30 % de densidad de energía nos ha permitido dar un salto cualitativo"; Liu y Wang asienten el uno al otro con aprecio. Lishen Suzhou concede a Bühler el premio Mejor proveedor de equipos. "Seis años de I+D conjunto han dado sus frutos.
Seis años de férrea cooperación entre colegas de Lishen y Bühler en China y Suiza. Este premio y las 10 líneas de producción en Lishen son una prueba visible de ello", afirma Wang con orgullo. Y Liu añade: "Bühler ha cumplido la promesa que nos hizo. Bühler es nuestro socio a largo plazo y emprendemos nuevos proyectos juntos". Desde ese momento, Liu ocupa el cargo de director del departamento de ingeniería en Lishen, notoriamente debido al exitoso proyecto con Bühler y el hito que se ha marcado para la industria de las baterías.
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