Дослідники Fraunhofer хочуть розкрити потенціал анодів з літієвого металу

Вчені з двох інститутів Fraunhofer досліджують нові підходи для покращення продуктивності та терміну служби батарейних систем. Однією з ідей є використання самого літію як активного матеріалу аноди у літій-металевих анодах, щоб досягти вищої специфічної ємності батарейних елементів.

Розташування інституту Fraunhofer IST у Брауншвейгу.

Зображення: Fraunhofer IST

Інститут Fraunhofer з технологій шарів та поверхонь IST співпрацює з Fraunhofer USA Center Midwest у проекті LIMAC, повна назва якого: „Amorphous Carbon Interlayers for Reliable Lithium-Metal Battery Cells“, що можна перекласти приблизно як „Аморфні вуглецеві проміжні шари для надійних літієво-металевих акумуляторних елементів“. Проект триває з вересня 2026 року та, ймовірно, буде продовжуватися до серпня 2028 року.

У рамках проекту LIMAC вчені досліджують нові підходи для подальшого вдосконалення акумуляторів. Особливу увагу вони приділяють анодам з літієвого металу. Команда бачить у цьому сфері потенціал для створення більш довговічних акумуляторних елементів, особливо щодо межової поверхні між анодом з літієвого металу та електролітом. На думку дослідників, стабільність цієї поверхні є ключовою для створення більш надійних та довговічних акумуляторних елементів.

Як стабілізатор поверхні контакту експерти Fraunhofer тепер використовують тонкі аморфні шари вуглецю, які на першому етапі наносяться на мідні провідники за допомогою інноваційного методу PVD з використанням лазерного дугового променя. „Після цього покриті матеріали тестуються у акумуляторних елементах та порівнюються з контрольними елементами“, — пояснюють ініціатори. Таким чином планується дослідити, які властивості проміжних шарів є вирішальними для максимально стабільної поверхні контакту в акумуляторному елементі. Очевидно, що стабілізатор має допомогти зробити так, щоб літій, який міститься в елементі, сам міг слугувати активним матеріалом аноду.

Окрім технічних характеристик проект також враховує екологічні аспекти та можливість подальшого застосування цього підходу до більших форматів елементів. «З одного боку, за допомогою екологічного балансу, так званої оцінки життєвого циклу (LCA), необхідно дослідити важливі потоки речовин та енергії, а також вплив цього підходу на навколишнє середовище, а з іншого — одночасно розробити концепцію для перенесення технології на більші елементи», — пояснює команда. Таким чином проект поєднує розробку матеріалів та дослідження елементів із екологічною оцінкою та первинними роздумами щодо подальшого масштабування.

Потенційна користь для виробників є очевидною: більш потужні та довговічні літій-металеві акумулятори можуть зменшити вагу електромобілів, водночас забезпечуючи високу щільність енергії. Однак наразі дослідження LIMAC залишаються на рівні фундаментальних досліджень.