ZSW повідомляє про повну експлуатацію свого пілотного об’єкта для виробництва матеріалів катодів.

Центр досліджень сонячної енергії та водню Баден-Вюртемберг (ZSW) запустив у Ульмі пілотний завод у повну працю, який може переводити матеріали катодів для акумуляторів з лабораторних масштабів до обсягів до 100 кілограмів за реальних умов.

Пілотна лінія ZSW у Ульмі тепер працює на повну потужність.

ZSW підкреслює, що ця пілотна лінія під назвою „Powder-Up!“ у Ульмі є першим незалежним заводом у Німеччині, який може масштабувати виробництво матеріалів катодів для акумуляторів з лабораторних умов. Її було фінансовано за рахунок дотацій з федерального та земельного урядів Баден-Вюртемберга, і вона тепер доступна для промисловості та науковців.

ZSW також підкреслює, що матеріали катодів «суттєво визначають продуктивність та безпеку літій-іонних акумуляторів високої потужності». Однак існує велика складність у перенесенні досягнень досліджень у промислове виробництво елементів. Саме це має забезпечити нова пілотна лінія. За словами відповідальних осіб, вона охоплює всю ланцюгову структуру процесу — від синтезу до аналізу та контролю якості. Крім того, до неї вбудовано цифрове керування процесом та високоавтоматизовані аналітичні системи, що має прискорити цикли розробки та забезпечити дані для застосувань штучного інтелекту.

„Хто хоче виробляти акумуляторні елементи в Німеччині та Європі конкурентоспроможними, той потребує доступу до найкращих матеріалів“, — коментує проф. д-р Маркус Гельцле, член правління ZSW та керівник відділу електрохімічних технологій енергії в Ульмі. „За допомогою Powder-Up! компанії можуть перевіряти власні концепції матеріалів на придатність для промислового використання, спільно розробляти нові методи синтезу чи користуватися цифровою платформою даних. Таким чином ZSW є загальнонімецьким партнером для всіх, хто бажає розробляти покращені матеріали для акумуляторів та готувати їх до масового виробництва.“

Як відомо, катодні матеріали утворюють позитивний полюс акумуляторів. Однак, за даними ZSW, саме в літій-іонних акумуляторах вони є найдорожчим та найбільш шкідливим для навколишнього середовища компонентом. Адже окрім літію вони містять інші критично важливі сировини, такі як нікель чи кобальт. Крім того: «Оскільки вони є незамінними в акумуляторах, катодні матеріали постійно удосконалюються. Тому в Ульмі особлива увага приділяється катодним матеріалам типу NMC. […] Шляхом цілеспрямованої корекції вмісту нікелю, марганцю та кобальту можна збалансувати енергійність, термін служби, стабільність та витрати для різних застосувань», — йдеться у супровідній заяві.

За даними ZSW, вже невдовзі після запуску пілотної лінії вдалося підвищити розмір зразків матеріалів від кількох грамів до рівня 15 кілограмів. Важливим етапом у цьому процесі є термічна обробка матеріалів при температурах від 600 до 1 000 градусів Цельсія, причому температуру необхідно точно підтримувати на певному рівні. Для цього на об’єкті є спеціальні печі, які точно відтворюють промислові процеси.

Наразі у Ульмі також зосереджуються на другому класі катодних матеріалів – літій-залізо-фосфаті (LFP). За словами ZSW, вже зараз тут виробляються кількості цього матеріалу в кілограмах. Ще однією важливою темою є розробка матеріалів для батарей на натрієві іони.

Загалом пілотна лінія охоплює близько 2 400 квадратних метрів корисної площі та об’єднує понад 135 установок та пристроїв під одним дахом. Це обладнання дозволяє як розробляти матеріали, так і масштабувати процеси від десяти грамів до 100 кілограмів. Спеціально розроблені пристрої також уможливлюють створення так званих синтетичних маршрутів за методом високої продуктивності, який дозволяє одночасно тестувати багато варіантів та швидко їх оптимізувати.

• 1/4
• 2/4
• 3/4
• 4/4

Характеристику матеріалів у Ульмі також визначають за допомогою надсучасних методів, таких як скануюча електронна мікроскопія (SEM), фокусований іонний розріз з використанням скануючої електронної мікроскопії для високороздільної аналізи (FIB-SEM), енергодисперсійний рентгенівський аналіз (EDX), спектроскопія Рамана, скануюча мікроскопія сили (AFM), рентгеновський флуоресцентний аналіз (RFA) та рентгенівська дифракція порошків (XRD). За словами фахівців, усі ці методи дозволяють проводити детальний аналіз структури, складу та властивостей матеріалів. Електрохімічні випробування здійснюються у батареях типу «кнопка», які також виготовляються у ZSW та перевіряються у власному центрі тестування акумуляторів. Усі дані, отримані під час синтезу та тестування, потім записуються в цифровому форматі та негайно використовуються для подальшої розробки матеріалів. Це має значно прискорити цикли розробки та покращити результати.

Її можна оптимізувати додатково.

Як зазначалося раніше, пілотна установка була створена за рахунок коштів Федерального міністерства досліджень, технологій та космонавтики (BMFTR) та землі Баден-Вюртемберг. Земля профінансувала будівлю приблизно на 10 мільйонів євро, тоді як федеральний уряд підтримав технології обладнання та необхідну інфраструктуру приблизно на 24 мільйони євро. Будівництво розпочалося на початку 2022 року. Після закупівлі, будівництва та встановлення установка була відкрита через три роки, у березні 2025 року. Однак лише зараз вона почала працювати у повному режимі. У 2024 році видання electrive також вже писало про цю пілотну лінію.

Доротея Бер, федеральна міністерка з питань досліджень, технологій та космонавтики, висловлюється щодо повноцінного запуску проекту наступним чином: „Моя мета – щоб технології та матеріали для акумуляторів не залишалися лише концепціями в лабораторіях. Натомість з них мають створюватися конкретні продукти – це основна мета програми Hightech Agenda Deutschland“. За допомогою проекту Powder-Up! її міністерство разом із землею Баден-Вюртемберг цільово інвестувало, щоб прискорити економічну придатність нових катодних матеріалів для акумуляторів. „Таким чином ми цілеспрямовано прискорюємо перехід від лабораторних досліджень до промислового застосування – щоб технологія акумуляторів „Made in Germany“ стала знаком якості“.