技术2026年9月10日

弗劳恩霍夫ISE优化电池单元：在相同重量下提升能量存储量

Thomas Langenbucher

图片来源：Fraunhofer ISE

Fraunhofer太阳能能源系统研究所ISE与科研及工业领域的合作伙伴共同改进了电池中电极的构造，使得电池在重量不变的情况下能够储存多10%到15%的能量。他们通过将锂电池等电池电极的涂层厚度增加两倍以上来实现这一目标，同时这也减少了电池单元中的导电体数量。

根据一份声明，研究团队将这种新的电极结构应用到了接近工业生产标准的锂离子软包电池中。此外，他们还成功将该概念推广到了锌离子和钠离子电池上。

弗劳恩霍夫ISE研究所的电池技术小组负责人奥利弗·菲茨解释说：“通常，电池单元的两个电极——正极和负极——是由大量交替排列的薄层电极涂层和导电材料构成的。我们成功将电极涂层的厚度从以往常用的100到200微米提升到了800微米，从而大幅减少了所需导电材料的数量。这样一来，活性材料就有更多的空间，根据电池类型和设计的不同，其能量密度可提高10%到15%。”

弗劳恩霍夫ISE研究所的研究团队首先在实验室的小型电池单元上通过实验，验证了用于锌离子、钠离子和锂离子电池的新型电极结构。针对锂离子电池，他们还在弗劳恩霍夫ISE电池材料与电池生产实验室的现代化无尘车间里，利用半自动生产线，用这种新设计的电极结构制作了软包电池单元的原型。奥利弗·菲茨补充说：“这种电池设计也很容易应用于其他类型的电池化学体系。”

这些电池电极不含PFAS，且在制造过程中无需使用有毒溶剂。在开发新的电池结构时，就已考虑到后续的批量生产：据研究人员称，与现有的湿法涂覆生产线相比，潜在的电极生产线在工艺复杂性上要低得多。因此，其投资成本也会大幅降低。由于对空间和能源的需求减少，运营成本同样会下降。这一技术旨在为中小企业提供在德国建立自有电池生产线的可能。

据项目负责人称，项目成果为新型电极与电池架构的可持续工业化提供了一种极具前景的方案。Helmut Hechinger GmbH & Co. KG作为工业合作伙伴参与该研究联盟，并贡献其在制造领域的经验。另一家项目合作伙伴——机械制造商acp systems AG则负责开发用于生产电极的设备。

“在以太阳能和风能这类波动性能源构成的气候中性能源系统中，固定式电池储能系统是应对早晚用电高峰不可或缺的组成部分，”弗劳恩霍夫ISE研究所所长安德烈亚斯·贝特说道。“例如在加利福尼亚州，电池储能系统已经在夜间承担了大部分供电任务。德国应当积极提升电池生产能力，以满足不断增长的电池需求并提升国内产业价值。如果能为此做出贡献，我们将感到非常高兴。”

这种新的电极或电池结构是由研究团队在“VORAN——面向固定式和移动式应用的创新钠离子电池储能系统”（持续至2027年6月）、“INFAB——用于固定式能量存储的锌离子电池——制造与组装”（已完成）以及“WinZIB2——可全球应用的创新锌离子电池系统”（已完成）等项目中，与合作伙伴acp systems AG、Helmut Hechinger GmbH & Co. KG、斯图加特大学光伏研究所（ipv）以及卡尔斯鲁厄理工学院/乌尔姆赫尔姆霍兹研究所共同开发的。VORAN和InFAB项目由德国经济能源部BMWE资助，而WinZIB2项目则得到了德国教育研究部BMBF的支持。

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