Fraunhofer ISE zwiększa gęstość energii ogniw bateryjnych
Fraunhofer ISE opracował nową architekturę komórek baterii, która ma umożliwić o 10 do 15 procent wyższą gęstość energii przy tej samej masie. Ten podejście opiera się na znacznie grubszych elektrodach, dzięki czemu wystarcza mniej przewodników prądu. Może to w przyszłości okazać się interesujące również dla samochodów elektrycznych.
Półautomatyczna produkcja komórek baterii w Fraunhofer ISE
Zdjęcie: Fraunhofer ISE
Jeśli uda się opracować ogniwa bateryjne o wyższej gęstości energii przy tej samej masie, to w tym samym obszarze można przechowywać więcej energii. Może to być korzystne z jednej strony dla stacjonarnych magazynów energii bateryjnych, które stanowiły centrum trzech projektów badawczych finansowanych przez rząd federalny w Instytucie Fraunhofera ds. Systemów Energii Słonecznej ISE w Freiburgu. Jednak uzyskane w ten sposób wyniki fizyczne można również zastosować w bateriach napędowych samochodów elektrycznych. Tam wyższa gęstość energii mogłaby przyczynić się do zwiększenia zasięgu pojazdów.
Jednak jeśli chodzi o projekty Franhofer ISE: instytucja ta współpracowała z różnymi partnerami nad opracowaniem nowej architektury komórek baterii, która umożliwia wyższą gęstość energii. Naukowcy skupili się na elektrodach komórek baterii i zwiększyli grubość ich powłoki ponad trzykrotnie – z dotychczas standardowych 100 do 200 mikrometrów na powłokę o grubości nawet 800 mikrometrów.
Komórki baterii o 10 do 15 procent wyższej gęstości energii
Zgodnie z informacjami instytucji badawczej gęstość energetyczna komórek wzrosła w ten sposób o 10 do 15 procent w zależności od typu baterii i jej konstrukcji. Ideą jest to, że w komórce baterii warstwy powłok elektrod i przewodników prądu występują naprzemiennie w wielu cienkich warstwach. Powłoka zawiera materiał aktywny, który przechowuje energię, podczas gdy przewodniki prądu odprowadzają prąd elektryczny. Gdy elektrody stają się grubsze, potrzeba mniej takich warstw, a tym samym też mniej przewodników prądu. Dzięki temu przy tej samej masie komórki pozostaje więcej miejsca na materiał aktywny.
„Zazwyczaj anoda i katoda – dwie elektrody komórki baterii – składają się z bardzo wielu cienkich warstw powłoki elektrodowej i przewodników prądu na zmianę”, wyjaśnia dr Oliver Fitz, kierownik zespołu zajmującego się technologią komórek baterii w Fraunhofer ISE. „Udało nam się zwiększyć grubość powłoki elektrodowej z dotychczas standardowych 100 do 200 mikrometrów do nawet 800 mikrometrów, co znacznie zmniejszyło liczbę potrzebnych przewodników prądu. W rezultacie mamy o wiele więcej miejsca na materiał aktywny, dzięki czemu gęstość energii wzrasta w zależności od typu i konstrukcji baterii o 10 do 15 procent.”
W centrum uwagi jest zastosowanie w magazynach energii
Jednak koncepcja ta nie jest jeszcze gotowa do produkcji seryjnej. Według Fraunhofer ISE wyniki projektów wskazują raczej na „obiecujące podejście do perspektywicznej industrializacji nowoczesnej architektury elektrod i ogniw”. Nowe ogniwa bateryjne są interesujące do zastosowania w systemach magazynowania energii na bazie bateryj (BESS), ale także w pojazdach elektrycznych.
Nową architekturę elektrod lub ogniw opracował zespół badawczy w ramach projektów „VORAN– Innowacyjne magazyny energii na bazie jonów sodu do zastosowań stacjonarnych i mobilnych” (trwające do czerwca 2027 roku), „INFAB– Baterie na jonach cynku do stacjonarnego magazynowania energii – produkcja i montaż” (zakończone) oraz „WinZIB2– Innowacyjny system baterii na jonach cynku nadający się do stosowania na całym świecie”, które wszystkie były finansowane przez rząd federalny.