Rediseñando aeronaves en operación: ingeniería para el futuro de la aviación

Las baterías de vehículos eléctricos deben suministrar más energía, cargarse más rápido y cumplir con exigentes requisitos de seguridad, sin añadir peso o complejidad innecesarias.

Lograr este equilibrio depende de algo más que la química de las baterías. También requiere que los ingenieros reconsideren cómo se diseñan, ensamblan y protegen las celdas, módulos y paquetes de baterías.

Adhesivos avanzados, compuestos para macetas y materiales termoconductores se están volviendo esenciales para este proceso. Pueden asegurar las celdas de batería, unir materiales diferentes, apoyar la gestión térmica y proteger los componentes de la humedad y otras influencias ambientales.

En el laboratorio de adhesivos Akkodis en Sindelfingen, Alemania, los especialistas en materiales ayudan a los clientes a identificar, probar e integrar soluciones de unión para baterías de vehículos eléctricos y otras aplicaciones industriales exigentes.

Por qué el diseño de baterías para vehículos eléctricos es un reto de materiales

La tecnología de baterías para vehículos eléctricos ha avanzado significativamente en las dos últimas décadas. Las baterías modernas almacenan considerablemente más energía en relación con su masa que los sistemas anteriores, ayudando a los fabricantes a mejorar la autonomía y el rendimiento del vehículo.

Sin embargo, una mayor densidad energética y una carga más rápida introducen nuevos retos de ingeniería. Los packs de baterías deben gestionar el calor de forma eficaz, proporcionar estabilidad estructural y proteger sus componentes internos durante todo el ciclo de vida del vehículo.

Las nuevas arquitecturas de baterías también están cambiando la forma en que se integran las celdas. Los conceptos de celda a empaquetado pueden reducir el número de carcasas, cables y componentes estructurales separados, creando oportunidades para reducir el peso y utilizar el espacio disponible de forma más eficiente.

Aquí es donde los adhesivos se vuelven estratégicamente importantes.

En lugar de simplemente mantener unidas dos superficies, los materiales de unión especializados pueden realizar varias funciones simultáneamente:

• Reducción del peso estructural
• Celdas de batería seguras
• Transfiere el exceso de calor
• Proporciona aislamiento eléctrico
• Sella contra la humedad
• Integración de materiales de apoyo

Los adhesivos termoconductores pueden unirse a los componentes de la batería mientras ayudan a transferir calor entre celdas y sistemas de refrigeración. También pueden reducir la necesidad de piezas estructurales adicionales, contribuyendo a diseños de baterías más ligeros e integrados.

Cómo los adhesivos soportan baterías más ligeras

Los fijadores mecánicos tradicionales pueden añadir peso, requerir espacio adicional de instalación y concentrar fuerzas alrededor de puntos de unión específicos.

La adhesiva distribuye las cargas a lo largo de una superficie mayor. También permite a los ingenieros unir diferentes materiales, incluyendo aluminio, acero, plásticos, superficies pintadas y compuestos reforzados con fibra.

Esta flexibilidad es especialmente valiosa en las baterías de vehículos eléctricos, donde muchos componentes con diferentes propiedades mecánicas, eléctricas y térmicas deben trabajar juntos dentro de un paquete compacto.

Dependiendo de la aplicación, los ingenieros pueden seleccionar materiales que son:

• Elástico o rígido
• Conductores o aislantes eléctricamente
• Térmicamente conductor
• Resistente químicamente
• Resistente al calor y la humedad
• Adecuado para la producción automatizada

Por tanto, la solución adecuada puede contribuir a la integridad estructural, el sellado, el rendimiento térmico y la eficiencia de fabricación al mismo tiempo.

Akkodis apoya a clientes en todo el  sector más amplio de Automoción y Transporte, incluyendo movilidad eléctrica, sistemas de baterías, gestión energética, desarrollo de productos y fabricación inteligente.

Mantener las celdas de las baterías seguras, selladas y frías

Oxana Schulz, directora del laboratorio de adhesivos Akkodis en Sindelfingen, utiliza una analogía sencilla para explicar el papel de los materiales para macetas.

Imagina un recipiente lleno de células individuales agrupadas muy juntas. Un compuesto para trasplantes llena los espacios alrededor de esas células, ayudando a mantenerlas en posición, protegerlas y gestionar cómo el calor se mueve por el sistema.

Si una celda se daña, el material circundante también puede ayudar a contener las fugas y limitar su impacto sobre los componentes vecinos.

"Cuando empecé a trabajar con baterías de vehículos eléctricos, pesaban alrededor de 800 kg y eran pesadas en comparación con los 100 kg de un motor de combustión convencional", dice Schulz. "Hoy en día, se han vuelto mucho más potentes y requieren tiempos de carga más cortos. Gran parte de esa optimización se facilita gracias a los materiales en los que nos especializamos: pegamentos, adhesivos y compuestos para macetas."

El rendimiento térmico es especialmente importante. Las baterías generan calor durante la carga y el funcionamiento, y este calor debe transferirse de forma eficiente fuera de las celdas.

Los materiales termoconductores pueden ayudar a crear un camino controlado entre las celdas de la batería y las unidades de refrigeración, manteniendo al mismo tiempo el soporte estructural y, cuando es necesario, el aislamiento eléctrico. Una gestión térmica eficaz contribuye al rendimiento, durabilidad y seguridad de la batería.

Avanzando más allá de la unión mecánica

A medida que los sistemas de baterías se integran más, los métodos de unión puramente mecánicos pueden dejar de ofrecer el rendimiento, la flexibilidad o el ahorro de peso que los ingenieros requieren.

La adhesiva puede unir materiales que pueden ser difíciles o imposibles de soldar o soldar. También puede evitar el calor localizado y el esfuerzo mecánico asociados a algunos procesos convencionales de unión.

Estas ventajas otorgan a los ingenieros mayor libertad al diseñar estructuras ligeras y multimaterial.

Los mismos principios se aplican mucho más allá de las baterías de vehículos eléctricos. Los adhesivos ya se utilizan ampliamente para fijar las ventanas de los vehículos y contribuir a la resistencia de la carrocería. También apoyan aplicaciones en aeroespacial, tecnología médica, ingeniería eléctrica, tecnología de sensores, ingeniería de plantas y fabricación de muebles.

En estos sectores, las soluciones de fianza pueden ayudar:

• Reducir el peso de los componentes
• Minimizar los riesgos de corrosión
• Menor ruido y vibración
• Unir materiales disímiles
• Crear estructuras selladas
• Simplificar ensamblajes complejos

Akkodis reúne conocimientos de diferentes sectores y disciplinas de ingeniería, apoyando a las organizaciones desde las especificaciones y el diseño iniciales hasta la creación de prototipos, pruebas de preproducción y optimización de producción.

Elegir el adhesivo adecuado para cada aplicación

No existe un adhesivo universal que funcione para todos los componentes, sustratos o entornos operativos de la batería.

Seleccionar el material adecuado requiere un conocimiento detallado de la aplicación completa, incluyendo:

• Las superficies unidas
• Requisitos térmicos y eléctricos
• Exposición química
• Cargas mecánicas y vibraciones
• Temperatura y humedad
• Tiempos de ciclo de producción
• Necesidades de reparación y desmontaje
• Requisitos de pruebas y validación

La preparación superficial también es fundamental. Las carcasas de baterías de plástico, acero y aluminio pueden requerir procesos de pretratamiento diferentes para lograr una unión fiable y duradera.

El adhesivo debe entonces integrarse en el proceso de fabricación más amplio del cliente. Los ingenieros deben considerar la dispensación, el curado, el manejo de componentes, el control de calidad y el rendimiento de producción, no solo el rendimiento en laboratorio del material.

Esta perspectiva a nivel de sistema distingue una solución lista para la aplicación de un material prometedor.

De las pruebas de laboratorio a la integración en producción

El laboratorio de adhesivos Akkodis se estableció en 2014 en respuesta a la creciente demanda de soluciones de ingeniería basadas en adhesivos. Hoy en día, sus especialistas abordan los desafíos de unión tanto para fabricantes de automóviles como para clientes en tecnología de sensores, ingeniería de plantas y otros sectores industriales.

El trabajo del laboratorio se extiende a lo largo del proceso de ingeniería adhesiva:

Selección de materiales: Los expertos evalúan adhesivos potenciales, compuestos para envasar y materiales de interfaz térmica en función de los requisitos técnicos de la aplicación.

Pretratamiento superficial: El equipo define cómo deben limpiarse, activarse o prepararse los sustratos para lograr una adherencia constante.

Desarrollo de procesos: Los especialistas determinan cómo se puede dispensar, aplicar y curar el material dentro del entorno de producción del cliente.

Pruebas y validación: Se desarrollan métodos de prueba diseñados específicamente para demostrar que la unión final cumple con los criterios requeridos de rendimiento mecánico, térmico, químico y ambiental.

Integración de fabricación: El proceso seleccionado está alineado con las limitaciones de producción, los requisitos de calidad y el flujo de trabajo más amplio de ensamblaje de baterías.

Esta combinación de conocimientos de materiales, experiencia en pruebas e ingeniería de producción ayuda a los clientes a reducir la incertidumbre técnica y pasar del concepto a la implementación.

Descubre más sobre nuestras amplias capacidades en innovación automovilística, sistemas eléctricos y fabricación inteligente.

Uniendo el futuro de la manufactura

La adhesiva ofrece a los ingenieros nuevas posibilidades para combinar materiales, reducir peso e integrar múltiples funciones en una sola solución.

En las baterías de vehículos eléctricos, los adhesivos y los compuestos para trasplantes pueden contribuir a la estabilidad estructural, el sellado, la gestión térmica y el aislamiento eléctrico. Su versatilidad también los hace cada vez más relevantes para otros sectores que buscan productos más ligeros, eficientes e integrados.

Alcanzar estos beneficios requiere más que seleccionar un producto de un catálogo. Requiere conocimientos especializados sobre materiales, superficies, procesos y validación.

Al conectar una profunda experiencia en ingeniería con capacidades prácticas de laboratorio, Akkodis ayuda a los clientes a transformar requisitos complejos de unión en soluciones de fabricación robustas y escalables.