Niemieccy naukowcy zwiększają gęstość energii baterii nawet o 15%

Konsorcjum kierowane przez Fraunhofer ISE opracowało grubsze elektrody baterii, które mogą zwiększyć gęstość energii ogniw o 10–15%, bez dodawania wagi. Koncepcję, wolną od PFAS i rozpuszczalników, przetestowano w ogniwach litowo-jonowych, sodowo-jonowych oraz cynkowo-jonowych.

Grubsze elektrody, mniej materiałów pomocniczych

Naukowcy zademonstrowali koncepcję w trzech różnych chemiach ogniw – litowo-jonowej, sodowo-jonowej oraz cynkowo-jonowej. Zbudowali też prototypy ogniw litowo-jonowych typu pouch cell.

Jak wyjaśnił Oliver Fitz, kierownik grupy technologii ogniw bateryjnych w Fraunhofer ISE, zespół zwiększył grubość powłoki elektrodowej z konwencjonalnego zakresu 100–200 mikrometrów do nawet 800 mikrometrów. Grubsze elektrody pozwalają zmniejszyć liczbę kolektorów prądu potrzebnych wewnątrz ogniwa, co zostawia więcej miejsca i wagi na materiał aktywnie magazynujący energię.

Uzyskane w ten sposób ogniwa baterii są wolne od PFAS – dużej grupy syntetycznych związków chemicznych, wyjątkowo trwałych w środowisku, nazywanych często wiecznymi chemikaliami. Produkcja nie wymaga też toksycznych rozpuszczalników.

Prostsza i tańsza produkcja

Jak podał Fraunhofer ISE w oświadczeniu, nową architekturę ogniwa zaprojektowano z myślą o przyszłej produkcji masowej. Potencjalna linia produkcyjna elektrod wykazuje znacznie mniejszą złożoność procesową w porównaniu z obecnie stosowanymi systemami powlekania na mokro.

W efekcie koszty kapitałowe są znacznie niższe. Niższe są też koszty operacyjne, ponieważ proces wymaga mniej przestrzeni i energii. Zdaniem instytutu, technologia ta otwiera możliwość – zwłaszcza dla małych i średnich przedsiębiorstw – budowy własnych zakładów produkcji ogniw bateryjnych w Niemczech.

Trzy projekty badawcze

Zespół badawczy opracował konstrukcję elektrody i ogniwa w ramach trzech projektów:

• VORAN – innowacyjny magazyn energii oparty na bateriach sodowo-jonowych, do zastosowań stacjonarnych i mobilnych,
• INFAB – baterie cynkowo-jonowe do stacjonarnego magazynowania energii – produkcja i montaż,
• WinZIB2 – innowacyjny, globalnie skalowalny system baterii cynkowo-jonowych.

W projektach uczestniczyli m.in.: Acp systems, Helmut Hechinger, Instytut Fotowoltaiki Uniwersytetu w Stuttgarcie oraz Karlsruhe Institute of Technology / Helmholtz Institute Ulm.

Jak podkreślił Andreas Bett, dyrektor Fraunhofer ISE, w systemie energetycznym neutralnym klimatycznie, opartym na zmiennych źródłach energii takich jak słońce i wiatr, stacjonarne magazyny energii są nieodzownym elementem pokrywania szczytów zapotrzebowania rano i wieczorem.

Zdaniem Betta, Niemcy powinny rozbudować własne moce produkcyjne, aby zaspokoić rosnący popyt na baterie i tym samym generować wartość dodaną w kraju. Jak dodał, instytut byłby bardzo zadowolony, mogąc przyczynić się do tego celu.