Badacze z Fraunhofera dążą do odkrycia potencjału anod na bazie litu i metalu.

Naukowcy z dwóch instytutów Fraunhofera badają nowe metody poprawy wydajności i żywotności systemów baterii. Jednym z pomysłów jest wykorzystanie samego litu jako materiału anodowego w anodach z metalu litu, co pozwala osiągnąć wyższą objętość właściwą w komórkach baterii.

Lokalizacja instytutu Fraunhofer IST w Braunschweigu.

Zdjęcie: Fraunhofer IST

Instytut Fraunhofera ds. Inżynierii Powierzchni i Cienkich Warstw IST współpracuje z centrum Fraunhofer USA Center Midwest nad projektem LIMAC, którego nazwa oznacza „Amorficzne warstwy węglowe dla niezawodnych komórek baterii z metalu litu”. Projekt trwa od września 2025 roku i ma być kontynuowany do sierpnia 2028 roku.

Jako część projektu LIMAC badacze badają nowe podejścia w celu dalszego udoskonalenia baterii, z szczególnym naciskiem na anody z litu i metalu. Zespół dostrzega tu niewykorzystany potencjał w zakresie tworzenia baterii o dłuższym czasie pracy, zwłaszcza jeśli chodzi o interfejs pomiędzy anodą z litu i metalu a elektrolitem (stałym). Według badaczy stabilność tego interfejsu jest kluczowa dla uzyskania bardziej niezawodnych i trwałych baterii.

Aby ustabilizować tę powłokę, eksperci z Fraunhofera wprowadzają cienkie warstwy amorficznego węgla. W pierwszym kroku warstwy te są nanoszone na miedziane kolektory prądu za pomocą innowacyjnego procesu PVD Laser-Arc. „Przygotowane w ten sposób materiały zostaną następnie przetestowane w komórkach baterii i porównane z komórkami referencyjnymi”, wyjaśniają badacze. Celem jest określenie, które właściwości warstw pośrednich są kluczowe dla uzyskania najbardziej stabilnej powłoki wewnątrz komórki baterii. Jest jasne, że stabilizator ma na celu umożliwienie litowi zawartemu w komórce pełnienia roli aktywnego materiału anodowego.

Oprócz osiągów technicznych projekt bada również aspekty ekologiczne oraz możliwość przeniesienia rozwiązania na większe formaty ogniw. „Z jednej strony zostanie przeprowadzona ocena cyklu życia (LCA), aby przeanalizować istotne przepływy materiałów i energii oraz wpływ tego podejścia na środowisko; z drugiej strony jednocześnie zostanie opracowany model skalowania technologii na większe ogniwa typu pouch,” wyjaśnia zespół. W ten sposób projekt łączy rozwój materiałów i badań nad ogniwami z oceną ekologiczną oraz wstępnymi rozważaniami dotyczącymi przyszłego skalowania.

Potencjalna wartość dodana dla producentów jest oczywista: silniejsze i bardziej trwałe baterie litowo-metalowe mogą zmniejszyć wagę pojazdów elektrycznych, zachowując jednocześnie wysoką gęstość energii. Jednak LIMAC znajduje się nadal na etapie badań podstawowych.