Исследователи из Фраунхофера стремятся раскрыть потенциал анодов из литиевого металла
Ученые из двух институтов Fraunhofer исследуют новые подходы к улучшению производительности и срока службы аккумуляторных систем. Одной из идей является использование самого лития в качестве активного материала анода для литий-металлических аккумуляторов, что позволяет добиться более высокой удельной емкости элементов батареи.
Расположение института Fraunhofer IST в Брауншвейге.
Изображение: Fraunhofer IST
Институт Fraunhofer по технологиям слоев и поверхностей IST сотрудничает с Fraunhofer USA Center Midwest в проекте LIMAC, полное название которого — «Amorphous Carbon Interlayers for Reliable Lithium-Metal Battery Cells», что можно перевести примерно как «Аморфные углеродные промежуточные слои для надежных литий-металлических аккумуляторных элементов». Проект действует с сентября 2026 года и, как ожидается, будет продолжаться до августа 2028 года.
В рамках проекта LIMAC ученые исследуют новые подходы для дальнейшего совершенствования аккумуляторов. Особое внимание они уделяют анодам из литий-металла, где, по мнению команды, существуют потенциалы для создания более долговечных аккумуляторных элементов, особенно в части границы между анодом из литий-металла и электролитом. По мнению исследователей, стабильность этой границы имеет решающее значение для получения более надежных и долговечных аккумуляторных элементов.
В качестве стабилизатора границы раздела эксперты из Фраунхофера теперь используют тонкие аморфные слои углерода, которые на первом этапе наносятся на медные токопроводники с помощью инновационного метода лазерно-дугового PVD. «Затем покрытые материалы тестируются в элементах батарей и сравниваются с эталонными элементами», — объясняют инициаторы проекта. Таким образом планируется выяснить, какие свойства промежуточных слоев имеют решающее значение для максимально стабильной границы раздела в элементе батарей. Очевидно одно: стабилизатор должен способствовать тому, чтобы литий, содержащийся в элементе, мог сам служить активным материалом анода.
Помимо технических характеристик проект также учитывает экологические аспекты и возможность последующего применения к более крупным типам элементов. «С одной стороны, с помощью экологического баланса, так называемой оценки жизненного цикла (LCA), необходимо изучить соответствующие потоки материалов и энергии, а также воздействие данного подхода на окружающую среду, а с другой стороны — одновременно разработать концепцию для переноса технологии на более крупные элементы», — поясняет команда. Таким образом проект сочетает разработку материалов и исследования элементов с экологической оценкой и первоначальными размышлениями относительно будущего масштабирования.
Потенциальная польза для производителей очевидна: более мощные и долговечные литиево-металлические аккумуляторы могут снизить вес электромобилей, сохраняя при этом высокую плотность энергии. Однако на данный момент исследования в области LIMAC все еще находятся на этапе фундаментальных исследований.