Fraunhofer ISE повышает плотность энергии аккумуляторных элементов
Институт Fraunhofer ISE разработал новую архитектуру для аккумуляторных элементов, которая, как утверждается, позволяет достичь на 10–15 процентов более высокой плотности энергии при том же весе. В этой конструкции используются значительно толще электроды, что снижает необходимость в коллекторах тока. Это также может представлять интерес для электромобилей.
Полуавтоматическое производство аккумуляторных элементов в Fraunhofer ISE
Источник изображения: Fraunhofer ISE
Разработка аккумуляторных элементов с более высокой энергетической плотностью при сохранении того же веса позволяет хранить больше энергии на одинаковом пространстве. Это приносит преимущества стационарным системам хранения энергии в батареях, которые стали предметом трех исследовательских проектов, финансируемых Федеральным правительством Германии в Институте солнечных энергетических систем Фраунгофера ISE во Фрайбурге. Полученные физические знания также могут быть применены к аккумуляторам тяговых устройств электромобилей, где более высокая энергетическая плотность может увеличить дальность поездки автомобиля.
В проектах в Институте Фраунгофера ISE институт сотрудничал с различными партнерами для создания новой архитектуры аккумуляторных элементов, обеспечивающей более высокую энергетическую плотность. Исследователи сосредоточились на электродах, увеличив толщину их покрытия более чем в три раза: вместо привычных 100–200 микрометров они использовали покрытия толщиной до 800 микрометров.
Аккумуляторные элементы с энергетической плотностью на 10–15 процентов выше
По данным исследовательского института, это позволило увеличить энергетическую плотность элементов на 10–15 процентов в зависимости от типа и конструкции аккумулятора. Причина заключается в том, что в аккумуляторном элементе покрытия электродов и коллекторы тока чередуются в виде множества тонких слоев. Покрытия содержат активный материал, который хранит энергию, в то время как коллекторы тока обеспечивают проводимость электрического тока. Увеличив толщину электродов, становится менее необходимым количество таких слоев, а значит, и коллекторов тока. Это освобождает больше места для активного материала при том же весе элемента.
«Обычно анод и катод — два электрода элемента батареи — состоят из множества тонких, чередующихся слоев покрытия электрода и коллекторов тока», — объясняет доктор Оливер Фиц, руководитель группы по технологиям элементов батарей в Fraunhofer ISE. «Нам удалось увеличить толщину покрытия электрода с прежних стандартных 100 до 200 микрометров до 800 микрометров, тем самым значительно сократив количество необходимых коллекторов тока. В результате у нас появляется гораздо больше места для активного вещества, что повышает плотность энергии на 10–15 процентов в зависимости от типа и конструкции батареи».
Акцент на применениях в системах хранения энергии
Однако данная концепция ещё не готова к серийному производству. По словам Fraunhofer ISE, результаты проекта демонстрируют «многообещающий подход к будущей индустриализации этой новаторской архитектуры электрода и элемента питания». Новые аккумуляторные элементы особенно интересны для использования в системах хранения энергии в батареях (BESS), а также в электромобилях.
Исследовательская группа разработала новую конструкцию электрода и элемента питания в рамках проектов «VORAN – Инновационные натрий-ионные аккумуляторы для стационарных и мобильных приложений» (длится до июня 2027 года), «INFAB – Цинк-ионные аккумуляторы для стационарного хранения энергии – производство и сборка» (завершён) и «WinZIB2 – Глобально применимая инновационная система цинк-ионных аккумуляторов», все из которых финансировались Федеральным правительством Германии.