Fraunhofer ISE оптимізує акумуляторні елементи: більше енергії при однаковій вазі

Зображення: Fraunhofer ISE

Разом із партнерами з наукових та промислових кіл Інститут сонячних енергетичних систем Fraunhofer ISE змінив конструкцію електродів у акумуляторах так, що батарейні елементи можуть зберігати на 10–15 відсотків більше енергії при тій самій вазі. Цього вони досягли, збільшивши товщину покриття електродів акумуляторів – наприклад, у літій-іонних акумуляторах – більш ніж утричі, що водночас призвело до зменшення кількості електропровідників у батарейному елементі.

Згідно з повідомленням, дослідницька команда впровадила нову архітектуру електродів у літій-іонних батареях типу pouch, виготовлених у промислових умовах. Крім того, їм вдалося успішно застосувати цю концепцію до цинк-іонних та натрій-іонних батарей.

„Зазвичай анод та катод – дві електроди батарейної клітки – складаються з великої кількості тонких шарів електродного покриття та провідників струму, які змінюються місцями“, — пояснює Олівер Фіц, керівник групи з технологій батарейних кліток у Fraunhofer ISE. „Нам вдалося збільшити товщину електродного покриття з звичайних 100–200 мікрометрів до 800 мікрометрів, що значно зменшило кількість необхідних провідників струму. У результаті у нас з’явилося набагато більше простору для активного матеріалу, і тому щільність енергії залежно від типу та конструкції батареї зростає на 10–15 відсотків.“

Дослідницька команда у Fraunhofer ISE спочатку експериментально перевірила нову архітектуру електродів для акумуляторів на цинк-іонних, натрій-іонних та літій-іонних ґрунтах на невеликих батарейних елементах у лабораторії. Для літій-іонних акумуляторів вони також створили прототипи кишенькових батарейних елементів із новою конструкцією електродів на напівавтоматичному виробничому конвеєрі у сучасній камері без вологи лабораторії Fraunhofer ISE Battery Materials and Cell Production Lab. „Цю концепцію елемента можна легко застосувати й до інших типів батарейних ґрунтів“, — додає Олівер Фіц.

Електроди акумуляторів не містять PFAS та виробляються без використання отруйних розчинників. Під час розробки нової архітектури елемента враховувалося можливе масове виробництво: на думку дослідників, потенційна лінія з виробництва електродів має значно меншу складність процесу порівняно з установками для вологого покриття за сучасними технологіями. Це дозволяє значно знизити витрати на інвестиції. Також знижуються операційні витрати завдяки скороченню площі та енергоспоживання. Метою є надати цій технології, зокрема малим та середнім підприємствам, можливість створити власне виробництво акумуляторних елементів у Німеччині.

За словами керівників проєкту, результати показують перспективний підхід до поступової індустріалізації нового типу архітектур електродів та клітин. Helmut Hechinger GmbH & Co. KG супроводжує дослідницький консорціум як промисловий партнер та вносить свій досвід у виробництво. Виробник обладнання acp systems AG – також партнер проєкту – розробляє установки для виготовлення електродів.

„У кліматично нейтральній енергетичній системі з мінливими джерелами енергії — сонцем та вітром — стаціонарні акумуляторні системи є невід’ємною частиною для компенсації пікових навантажень уранці та ввечері“, — каже Андреас Бетт, керівник інституту Fraunhofer ISE. „Наприклад, у Каліфорнії акумуляторні системи вже ввечері забезпечують значну частину електроенергії. Німеччині варто розвивати виробничі потужності для задоволення зростаючого попиту на акумулятори та створення доданої вартості у країні. Якщо ми зможемо до цього допомогти, ми будемо дуже раді.“

Нову структуру електродів чи клітин розробила дослідницька команда у проектах „VORAN – Інноваційні акумулятори на натрієвих іонах для стаціонарних та мобільних застосувань“ (триває до червня 2027 року), „INFAB – Акумулятори на цинкових іонах для стаціонарного зберігання енергії – виробництво та складання“ (завершено) та „WinZIB2 – Інноваційна система акумуляторів на цинкових іонах, придатна для використання у всьому світі“ (завершено), спільно з партнерами acp systems AG, Helmut Hechinger GmbH & Co. KG, Університетом Штутгарта – Інститут фотовольтаїки (ipv) та Карлсруерським технологічним інститутом/Інститутом Гельмгольца в Ульмі. Федеральне міністерство економіки та енергетики BMWE фінансувало дослідження в проектах VORAN та InFAB, а Федеральне міністерство освіти та дослідж!!!!!! ro! ro!ancement!!ands!ands roancement case 1: translate the given text into Ukrainian

Томас Лангенбухер — експерт з електромобільності, який має досвід роботи в автомобільній промисловості та фінансовому секторі. З 2011 року він пише на сайті ecomento.de про електромобілі, сталі технології та рішення в галузі мобільності. Дізнайтеся більше.

Інтеракція з читачами