Fraunhofer ISE optymalizuje komórki baterii: więcej energii przy tej samej masie

Zdjęcie: Fraunhofer ISE

We współpracy z partnerami z świata badań naukowych i przemysłu Instytut Fraunhofera ds. Systemów Energii Słonecznej ISE zmodyfikował sposób budowy elektrod w bateriach w taki sposób, że komórki bateryjne mogą przechowywać o 10 do 15 procent więcej energii przy tej samej masie. Udało im się to poprzez zwiększenie grubości warstwy powłokowej elektrod bateryjnych – na przykład w bateriach jonowych litu – ponad trzy razy, co jednocześnie skutkuje zmniejszeniem liczby przewodników prądu w komórce bateryjnej.

Zgodnie z oświadczeniem, zespół badawczy wdrożył nową architekturę elektrod w komórkach typu pouch na jonach litu, wyprodukowanych w warunkach przemysłowych. Ponadto z powodzeniem przenieśli ten koncept na komórki baterii na jony cynku i sodu.

Zespół badawczy w Fraunhofer ISE najpierw zweryfikował nową architekturę elektrod dla baterii jonów cynku, sodu i litu eksperymentalnie na małych komórkach baterii w laboratorium. Dla baterii jonów litu stworzyli dodatkowo prototypy komórek typu pouch z nowo opracowaną strukturą elektrod na półautomatycznej linii produkcyjnej w nowoczesnym pomieszczeniu suchym laboratorium Fraunhofer ISE Battery Materials and Cell Production Lab. „Koncepcja tej komórki może być łatwo przeniesiona również na inne chemie komórkowe”, dodaje Oliver Fitz.

Elektrody baterii nie zawierają PFAS i w procesie produkcji nie wykorzystuje się toksycznych rozpuszczalników. Podczas opracowywania nowej architektury komór uwzględniono możliwość późniejszej produkcji seryjnej: według badaczy potencjalna linia produkcyjna elektrod charakteryzuje się znacznie mniejszą złożonością procesową w porównaniu z obecnymi urządzeniami do malowania wilgotnego. Dzięki temu koszty inwestycyjne są znacznie niższe. Koszty operacyjne również spadają ze względu na zmniejszone zapotrzebowanie na powierzchnię i energię. Celem jest umożliwienie tej technologii, szczególnie małym i średnim przedsiębiorstwom, stworzenia własnej produkcji komórek baterii w Niemczech.

Zgodnie z przedstawicielami projektu, jego wyniki wskazują na obiecujące podejście do perspektywicznej industrializacji nowoczesnej architektury elektrod i komórek. Helmut Hechinger GmbH & Co. KG wspiera konsorcjum badawcze jako partner przemysłowy, wnosząc swoje doświadczenie w zakresie produkcji. Producent maszyn acp systems AG – również partner projektu – opracowuje urządzenia do wytwarzania elektrod.

„W klimatycznie neutralnym systemie energetycznym, w którym kluczową rolę odgrywają zmienne źródła energii takie jak słońce i wiatr, stacjonarne magazyny baterii stanowią nieodzowny element służący do pokrycia szczytów zapotrzebowania na prąd rano i wieczorem” – mówi Andreas Bett, kierownik instytutu Fraunhofer ISE. „Na przykład w Kalifornii magazyny baterii już wieczorami w dużej mierze dostarczają prąd. Niemcy powinny rozwijać zdolności produkcyjne, aby zaspokoić rosnące zapotrzebowanie na baterie i w ten sposób stworzyć wartość w kraju. Jeśli możemy do tego przyczynić się, bardzo nas to cieszy.”

Nową strukturę elektrod lub komórki opracował zespół badawczy w ramach projektów „VORAN – Innowacyjne magazyny baterii na jony sodu do zastosowań stacjonarnych i mobilnych” (trwające do czerwca 2027 roku), „INFAB – Baterie na jony cynku do stacjonarnego magazynowania energii – produkcja i montaż” (zakończone) oraz „WinZIB2 – Innowacyjny system baterii na jony cynku nadający się do użycia na całym świecie” (zakończony), we współpracy z partnerami: acp systems AG, Helmut Hechinger GmbH & Co. KG, Uniwersytet w Stuttgarcie – Instytut Fotowoltaiki (ipv) oraz Karlsruher Institut für Technologie/Helmholtz-Institut Ulm. Federalne Ministerstwo Gospodarki i Energetyki BMWE sfinansowało badania w projektach VORAN i InFAB, natomiast Federalne Ministerstwo Edukacji i Badań BMBF wspierało projekt WinZIB2.

Również interesujące

O autorze

Thomas Langenbucher jest ekspertem od mobilności elektrycznej, który pracował w przemyśle motoryzacyjnym oraz sektorze finansowym. Od 2011 roku publikuje na stronie ecomento.de artykuły o samochodach elektrycznych, zrównoważonych technologiach i rozwiązaniach mobilnościowych. Dowiedz się więcej.

Interakcje czytelników