Исследователи из Фраунхофера стремятся раскрыть потенциал анодов на основе литиевого металла
Исследователи из двух институтов Фраунгофера исследуют новые подходы к улучшению производительности и срока службы аккумуляторных систем. Одной из идей является использование самого лития в качестве активного материала анода в литий-металлических анодах, что позволяет достичь более высокой удельной емкости аккумуляторных элементов.
Расположение института Фраунгофера IST в Брауншвейге.
Изображение: Институт Фраунгофера IST
Институт Фраунгофера по технологиям поверхностей и тонких пленок IST сотрудничает с Центром Фраунгофера в США на Среднем Западе над проектом LIMAC, что означает «Аморфные углеродные промежуточные слои для надежных литий-металлических аккумуляторных элементов». Проект действует с сентября 2025 года и, как ожидается, будет продолжаться до августа 2028 года.
В рамках проекта LIMAC исследователи изучают новые подходы к дальнейшему совершенствованию аккумуляторов, уделяя особое внимание анодам из литиевого металла. Команда видит здесь нереализованный потенциал для создания более долговечных аккумуляторных элементов, особенно в отношении интерфейса между анодом из литиевого металла и (твердым) электролитом. По мнению исследователей, стабильность этого интерфейса критически важна для получения более надежных и долговечных аккумуляторных элементов.
Для стабилизации этого интерфейса специалисты Fraunhofer внедряют тонкие аморфные углеродные слои. На первом этапе эти слои наносятся на медные коллекторы тока с использованием инновационного процесса PVD с лазерно-дуговым методом. «После этого покрытые материалы будут тестироваться в аккумуляторных элементах и сравниваться с контрольными элементами», — поясняют исследователи. Цель состоит в том, чтобы определить, какие свойства промежуточных слоев критически важны для достижения максимально стабильного интерфейса внутри аккумуляторного элемента. Очевидно, что стабилизатор предназначен для того, чтобы литий, содержащийся в элементе, мог сам служить активным анодным материалом.
Помимо технических характеристик, проект также рассматривает экологические аспекты и возможность будущего применения этой технологии к более крупным элементам аккумуляторов. «С одной стороны, будет использоваться оценка жизненного цикла (LCA) для анализа соответствующих потоков материалов и энергии, а также воздействия данного подхода на окружающую среду; с другой стороны, одновременно будет разработана концепция масштабирования технологии для использования в более крупных элементах аккумуляторов», — поясняет команда. Таким образом, проект сочетает разработку материалов и исследования элементов аккумуляторов с экологической оценкой и первоначальным анализом возможностей масштабирования в будущем.
Потенциальная добавленная ценность для производителей очевидна: более мощные и долговечные литиево-металлические аккумуляторы могут снизить вес электромобилей, сохраняя при этом высокую плотность энергии. Однако проект LIMAC все еще находится на этапе фундаментальных исследований.