Fraunhofer ISE zwiększa gęstość energetyczną komórek baterii
Fraunhofer ISE opracował nową architekturę komórek baterii, która ma umożliwić 10 do 15 procent wyższą gęstość energii przy tej samej masie. Ta metoda wykorzystuje znacznie grubsze elektrody, co zmniejsza potrzebę kolektorów prądu. Może to być również interesujące dla pojazdów elektrycznych.
Półautomatyczna produkcja komórek baterii w Fraunhofer ISE
Zdjęcie: Fraunhofer ISE
Rozwój komórek baterii o wyższej gęstości energetycznej przy zachowaniu tej samej masy umożliwia przechowywanie większej ilości energii w tym samym obszarze. Daje to zalety dla stacjonarnych systemów magazynowania energii w bateriach, które były przedmiotem trzech projektów badawczych sfinansowanych przez rząd federalny Niemiec w Instytucie Fraunhofera ds. Systemów Energii Słonecznej ISE w Freiburgu. Uzyskane informacje naukowe można również zastosować w bateriach napędowych pojazdów elektrycznych, gdzie wyższa gęstość energetyczna może zwiększyć zasięg pojazdu.
W projektach realizowanych w Fraunhofer ISE instytut współpracował z różnymi partnerami w celu opracowania nowej architektury komórek baterii zapewniającej wyższą gęstość energetyczną. Badacze skupili się na elektrodach, zwiększając grubość ich powłok ponad trzykrotnie: zamiast dotychczas typowych 100 do 200 mikrometrów zastosowali powłoki o grubości nawet 800 mikrometrów.
Komórki baterii o gęstości energii wyższej o 10 do 15 procent
Zgodnie z danymi instytucji badawczej, dzięki temu gęstość energii komórek wzrosła o 10 do 15 procent, w zależności od typu i konstrukcji baterii. Powodem jest to, że w komórce baterii powłoki elektrod i zbieracze prądu występują naprzemiennie w wielu cienkich warstwach. Powłoka zawiera materiał aktywny, który magazynuje energię, natomiast zbieracze prądu przewodzą prąd elektryczny. Poprzez pogrubienie elektrod potrzeba mniej takich warstw – a więc i mniej zbieraczy prądu. Dzięki temu przy tej samej masie komórki pozostaje więcej miejsca na materiał aktywny.
„Zazwyczaj anoda i katoda – dwa elektrody komórki baterii – składają się z wielu cienkich, naprzemiennych warstw powłoki elektrodowej oraz zbieraczy prądu” – wyjaśnia dr Oliver Fitz, kierownik zespołu zajmującego się technologią komórek baterii w Fraunhofer ISE. „Udało nam się zwiększyć grubość powłoki elektrodowej ze standardowych wcześniej 100 do 200 mikrometrów aż do 800 mikrometrów, co znacząco zmniejsza liczbę potrzebnych zbieraczy prądu. W rezultacie mamy znacznie więcej miejsca na materiał aktywny, co zwiększa gęstość energii o 10 do 15 procent, w zależności od typu i konstrukcji baterii.”
Nacisk na zastosowania w systemach magazynowania energii
Jednak ten koncept nie jest jeszcze gotowy do produkcji seryjnej. Według Fraunhofer ISE wyniki projektu pokazują natomiast „obiecujące podejście do przyszłej industrializacji tej nowatorskiej architektury elektrod i ogniw”. Nowe ogniwa baterii są szczególnie interesujące do zastosowania w systemach magazynowania energii w postaci baterii (BESS), a także w pojazdach elektrycznych.
Zespół badawczy opracował nowy projekt elektrod i ogniw w ramach projektów „VORAN – Innowacyjne baterie jonowe sodu do zastosowań stacjonarnych i mobilnych” (trwające do czerwca 2027 roku), „INFAB – Baterie jonowe cynku do stacjonarnego magazynowania energii – produkcja i montaż” (zakończone) oraz „WinZIB2 – Innowacyjny system baterii jonowych cynku nadający się do globalnego zastosowania”, wszystkie finansowane przez rząd federalny Niemiec.