Fraunhofer ISE підвищує щільність енергії акумуляторних елементів

Фраунгофер ISE розробив нову архітектуру для акумуляторних елементів, яка, за словами фахівців, дозволяє досягти на 10–15 відсотків вищої щільності енергії при тій самій вазі. У цьому підході використовуються значно товсті електроди, що зменшує потребу у колекторах струму. Це також може бути корисним для електромобілів.

Напівавтоматичне виробництво акумуляторних елементів у Fraunhofer ISE

Зображення: Fraunhofer ISE

Розробка акумуляторних елементів із вищою щільністю енергії при збереженні тієї самої ваги дозволяє зберігати більше енергії в однаковому просторі. Це має переваги для стаціонарних систем акумулювання енергії, які були предметом трьох дослідницьких проєктів, фінансованих Федеральним урядом Німеччини в Інституті сонячних енергетичних систем Fraunhofer ISE у Фрайбурзі. Отримані фізичні знання також можна застосувати до акумуляторів електромобілів, де вища щільність енергії може подовжити дальність їзди.

У проєктах у Fraunhofer ISE інститут співпрацював із різними партнерами для створення нової архітектури акумуляторних елементів, яка забезпечує вищу щільність енергії. Дослідники зосередилися на електродах, збільшивши товщину їхнього покриття більш ніж у три рази: замість типових раніше 100–200 мікрометрів вони використовували покриття товщиною до 800 мікрометрів.

Акумуляторні елементи з енергетичною щільністю на 10–15 відсотків вищою

За даними дослідницького інституту, це призвело до збільшення енергетичної щільності елементів на 10–15 відсотків, залежно від типу та конструкції акумулятора. Причина полягає у тому, що в акумуляторному елементі покриття електродів та збирачі струму чергуються у багатьох тонких шарах. Покриття містить активний матеріал, який зберігає енергію, тоді як збирачі струму передають електричний струм. Збільшуючи товщину електродів, потрібно менше таких шарів – а отже, і менше збирачів струму. Це залишає більше простору для активного матеріалу при тій самій вазі елемента.

«Зазвичай анод та катод – два електроди батарейної клітки – складаються з багатьох тонких, чергуючихся шарів покриття електрода та збирачів струму», — пояснює доктор Олівер Фіц, керівник групи з технологій батарейних кліток у Fraunhofer ISE. «Нам вдалося збільшити товщину покриття електрода з раніше стандартних 100 до 200 мікрометрів аж до 800 мікрометрів, що значно зменшило кількість необхідних збирачів струму. У результаті у нас з’явилося набагато більше простору для активного матеріалу, що підвищує щільність енергії на 10–15 відсотків залежно від типу та конструкції батареї».

Акцент на застосуваннях у системах зберігання енергії

Однак ця концепція ще не готова до серійного виробництва. За даними Fraunhofer ISE, результати проекту демонструють «обнадійливий підхід до майбутньої індустріалізації цієї нової архітектури електродів та елементів». Нові акумуляторні елементи є особливо цікавими для використання в системах зберігання енергії в акумуляторах (BESS), а також у електромобілях.

Дослідницька команда розробила нову конструкцію електродів та елементів в рамках проектів «VORAN – Інноваційні акумулятори на натрієво-іонних елементах для стаціонарних та мобільних застосувань» (що триває до червня 2027 року), «INFAB – Акумулятори на цинково-іонних елементах для стаціонарного зберігання енергії – виробництво та складання» (завершений) та «WinZIB2 – Глобально пристосована інноваційна система акумуляторів на цинково-іонних елементах», усі з яких фінансувалися Федеральним урядом Німеччини.