ZSW сообщает о полноценной эксплуатации своей пилотной установки для производства катодных материалов

Центр исследований солнечной энергии и водорода Баден-Вюртемберга (ZSW) запустил в Ульме в полную эксплуатацию пилотную установку, способную переводить материалы катодов для аккумуляторов из лабораторных масштабов в промышленные объемы до 100 килограммов в каждой партии в реальных условиях.

Пилотная линия ZSW в Ульме теперь полностью введена в эксплуатацию.

ZSW подчеркивает, что пилотная линия под названием «Powder-Up!» в Ульме является первой независимой установкой в Германии, способной масштабировать производство катодных материалов для аккумуляторов из лабораторных условий в таких объемах. Она была финансирована за счет субсидий федерального правительства и земли Баден-Вюртемберг и теперь доступна промышленности и ученым.

Кроме того, ZSW подчеркивает, что материалы катодов «в значительной степени определяют эффективность и безопасность высокопроизводительных аккумуляторов». Однако перенос достижений исследований в промышленное производство электродов представляет собой серьезную задачу. Именно эту функцию должна выполнять новая пилотная линия. По словам ответственных лиц, она охватывает всю цепочку процессов — от синтеза до анализа и контроля качества. Кроме того, в нее включены цифровое управление процессами и высокоавтоматизированные методы анализа, что, как ожидается, ускорит циклы разработки и обеспечит данные для применения искусственного интеллекта.

«Тот, кто хочет производить аккумуляторные элементы в Германии и Европе на конкурентоспособных условиях, нуждается в доступе к лучшим материалам», — комментирует проф. д-р Маркус Хёльцле, член совета директоров ZSW и руководитель отдела электрохимических технологий энергетики в Ульме. «С помощью Powder-Up! компании могут проверять собственные концепции материалов с точки зрения промышленного применения, совместно разрабатывать новые методы синтеза или использовать цифровую платформу для обмена данными. Таким образом, ZSW выступает единым контактным пунктом по всей стране для всех, кто хочет создавать улучшенные материалы для аккумуляторов и готовить их к массовому производству».

Как известно, катодные материалы образуют положительный полюс батарей. Однако, по данным ZSW, особенно в литиево-ионных батареях они представляют собой самый дорогой и наиболее вредный для окружающей среды компонент. В их состав, помимо лития, входят другие важные ресурсы, такие как никель или кобальт. К тому же: «Поскольку они являются незаменимыми в батареях, катодные материалы постоянно совершенствуются. Поэтому в Ульме особое внимание уделяется катодным материалам типа NMC. […] Благодаря целенаправленной корректировке доли никеля, марганца и кобальта удается сбалансировать энергийность, срок службы, стабильность и стоимость для различных приложений», — говорится в сопроводительном сообщении.

По словам ZSW, сразу после запуска пилотной линии удалось увеличить размер образцов материалов с нескольких граммов до уровня 15 килограммов. Важным этапом является термическая обработка материалов при температурах от 600 до 1 000 градусов Цельсия, причем температура должна поддерживаться с высокой точностью. Для этой цели на предприятии имеются специальные печи, которые точно воспроизводят промышленные процессы.

В настоящее время в Ульме также сосредоточены усилия на втором классе катодных материалов — фосфате лития и железа (LFP). По данным ZSW, уже сейчас здесь производятся количества этого материала в килограммах. Еще одной важной темой являются материалы для ионно-литиевых батарей.

В общем и целом пилотная линия занимает площадь около 2 400 квадратных метров и объединяет более 135 установок и оборудований под одной крышей. Это оборудование позволяет осуществлять как разработку материалов, так и масштабирование от масштаба в 10 граммов до 100 килограммов. Специально разработанные устройства также обеспечивают возможность создания так называемых синтетических маршрутов с использованием метода высокой пропускной способности, позволяющего одновременно тестировать множество вариантов и быстро их оптимизировать.

• 1/4
• 2/4
• 3/4
• 4/4

Характеристики материалов в Ульме определяются с использованием самых современных методов, таких как сканирующая электронная микроскопия (SEM), фокусированный ионно-лучевой резак с сканирующей электронной микроскопией для высокоразрешающего анализа (FIB-SEM), энергодисперсионный рентгеноспектрометрический анализ (EDX), Рамановская спектроскопия, сканирующая микроскопия с действием силы (AFM), рентгеновский флуоресцентный анализ (RFA) и рентгеновская дифракция порошка (XRD). По словам специалистов, все эти методы позволяют проводить детальный анализ структуры, состава и свойств материалов. Электрохимические испытания проводятся на щелочно-металлических аккумуляторах, которые также производятся в ZSW и проверяются в собственном центре тестирования батарей. Все данные, полученные в процессе синтеза и тестирования, затем фиксируются в цифровом формате и немедленно используются для дальнейшей разработки материалов. Это призвано значительно ускорить циклы разработки и позволить целенаправленно оптимизировать результаты.

Как упоминалось ранее, пилотная установка была создана за счёт средств Федерального министерства по исследованиям, технологиям и космосу (BMFTR) и земли Баден-Вюртемберг. Земля профинансировала строительство здания примерно на 10 миллионов евро, в то время как федеральное правительство поддержало техническое оборудование установки и необходимую инфраструктуру примерно на 24 миллиона евро. Строительство началось в начале 2022 года. После закупки, строительства и установки установка была открыта три года спустя, в марте 2025 года. Однако только сейчас она начала работать в полном режиме. В 2024 году издание electrive также уже писало о этой пилотной линии.

Доротея Бэр, федеральный министр по вопросам исследований, технологий и космонавтики, прокомментировала полное введение проекта следующим образом: «Моя цель — чтобы технологии и материалы для аккумуляторов не оставались лишь концепциями в лабораториях. Необходимо, чтобы из них возникали реальные продукты — в этом заключается основная задача программы „HighTech Agenda Deutschland“.» С помощью проекта Powder-Up! её министерство совместно с землей Баден-Вюртемберг сделало целенаправленные инвестиции для более быстрого внедрения в промышленность новых материалов для катодов аккумуляторов. «Таким образом мы целенаправленно ускоряем переход от лабораторных исследований к промышленному применению — чтобы технология аккумуляторов „сделана в Германии“ стала знаком качества».