Дослідники Fraunhofer прагнуть розкрити потенціал анодів з літій-металу

Дослідники з двох інститутів Fraunhofer досліджують нові підходи до покращення продуктивності та терміну служби акумуляторних систем. Однією з ідей є використання самого літію як активного матеріалу анода в анодах з літій-металу, що дозволяє досягти вищої питомої ємності акумуляторних елементів.

Розташування інституту Fraunhofer IST у Брауншвейгу.

Зображення: Fraunhofer IST

Інститут Fraunhofer з інженерії поверхонь та тонких плівок IST співпрацює з центром Fraunhofer USA Center Midwest над проектом LIMAC, що означає «Аморфні вуглецеві міжшари для надійних акумуляторних елементів з літій-металу». Проект триває з вересня 2025 року та, як очікується, буде продовжуватися до серпня 2028 року.

У рамках проєкту LIMAC дослідники досліджують нові підходи для подальшого вдосконалення акумуляторів, зокрема з акцентом на аноди з літію-металу. Команда бачить великий потенціал для створення акумуляторних елементів з більш тривалим терміном служби, особливо щодо інтерфейсу між анодом з літію-металу та (твердим) електролітом. За словами дослідників, стабільність цього інтерфейсу є ключовою для створення більш надійних та довговічних акумуляторних елементів.

Щоб стабілізувати цей інтерфейс, фахівці Fraunhofer впроваджують тонкі аморфні вуглецеві шари. На першому етапі ці шари наносяться на мідні колектори струму за допомогою інноваційного процесу PVD з використанням лазерно-дугової технології. «Отримані покриті матеріали потім будуть тестуватися в акумуляторних елементах та порівнюватися з контрольними елементами», — пояснюють дослідники. Метою є визначення тих властивостей проміжних шарів, які є критичними для досягнення найбільш стабільного інтерфейсу всередині акумуляторного елемента. Очевидно, що цей стабілізатор призначений для того, щоб літій, який міститься в елементі, сам міг слугувати активним анодним матеріалом.

Окрім технічних характеристик, проект також досліджує екологічні аспекти та можливість майбутнього застосування цієї технології у більших форматах акумуляторних елементів. «З одного боку, буде використовуватися оцінка життєвого циклу (LCA) для аналізу відповідних потоків матеріалів та енергії, а також впливу цього підходу на навколишнє середовище; з іншого боку, одночасно буде розроблена концепція масштабування технології до більших акумуляторних елементів», — пояснює команда. Таким чином проект поєднує розробку матеріалів та дослідження акумуляторних елементів із екологічною оцінкою та початковими міркуваннями щодо майбутнього масштабування.

Потенційна додана вартість для виробників є очевидною: потужніші та довговічніші літій-металеві акумулятори можуть зменшити вагу електромобілів, зберігаючи при цьому високу щільність енергії. Однак проект LIMAC все ще знаходиться на етапі фундаментальних досліджень.