Электромобили должны стать будущим мобильности, но технология аккумуляторов, в частности, должна развиваться дальше. Глобальное производство ультрасовременных литий-ионных аккумуляторных батарей сегодня в значительной степени находится в руках азиатских компаний. При переходе с двигателей внутреннего сгорания на электроприводы европейская автомобильная промышленность с ее 3,4 миллионами сотрудников будет зависеть от тяговых батарей азиатских производителей - если эта ключевая технология не может быть внедрена в Европу.
Вот почему Федеральный институт испытаний и исследований материалов (Empa) и Институт исследований силикатов им. Фраунгофера ISC начали исследовательский проект «IE4B» по разработке тягово-совместимых аккумуляторных батарей для электромобилей. IE4B расшифровывается как «Разработка интерфейса для безопасных и устойчивых высокопроизводительных батарей».
Твердотельные батареи как будущее электронной мобильности
Предстоящий технологический скачок в сторону твердотельных батарей открывает огромные возможности. Такие аккумуляторные элементы не нуждаются в легковоспламеняющихся жидких электролитах и, таким образом, обеспечивают значительно улучшенную эксплуатационную безопасность, но также имеют преимущества с точки зрения размера и веса, поскольку необходима менее дорогая безопасная герметизация. Твердотельные батареи также обещают более высокую плотность энергии и значительно более короткое время зарядки благодаря использованию металлического анодного материала (лития) вместо обычных графитовых анодов.
Хотя отдельные компоненты (анод, катод, электролит) будущих твердотельных батарей уже были хорошо изучены в лаборатории, самая сложная задача - собрать их вместе, чтобы сформировать стабильную общую систему. Важно добиться длительного срока службы с высокой производительностью при максимально возможном количестве циклов зарядки и разрядки и, таким образом, превысить производительность существующих систем батарей. Исследовательский проект направлен на устранение наиболее важных технологических барьеров для промышленного производства твердотельных аккумуляторных элементов.
аккумулятор
Твердотельные батареи как технология хранения будущего
Разработка твердотельной батареи для быстрой зарядки
Со стороны Empa, проект фокусируется на разработке твердотельных электролитов, производстве и характеристике тонких слоев с заданными электронными свойствами, а также на разработке наноструктурированных анодных материалов. Fraunhofer ISC работает над литийпроводящими полимерами и разрабатывает защитные слои из золь-гель материалов с особыми свойствами для батарей. Кроме того, он разрабатывает, производит и испытывает опытные образцы и небольшие серии аккумуляторных элементов. Целью проекта является разработка твердотельной батареи, которая обеспечивает стабильный цикл зарядки и разрядки при комнатной температуре, а также может быстро заряжаться.
Промышленные компании, которые поддерживают проект с промышленной точки зрения, также вовлечены в проект IE4B. Компании включают машиностроительную компанию Bühler из Швейцарии и технологическую компанию ABB.
Твердотельная батарея
Китайский стартап начинает производство твердотельных батарей
Производить функциональные твердотельные элементы в небольших сериях
Проект разделен на две фазы: первая фаза имеет дело с фундаментальными аспектами и использует системы моделей батарей, которые производятся с использованием тонкопленочных методов в Empa и ISC. На этом первом этапе процессы, происходящие на границах раздела между катодом, твердым электролитом и анодом, следует понимать и лучше контролировать.
На втором этапе эти знания будут использованы для создания функциональной твердотельной ячейки с технологическим опытом ISC Фраунгофера и для ее производства в виде небольшой серии. Хеннинг Лоррманн из Fraunhofer ISC объясняет: «Наша общая цель заключается в том, чтобы в итоге мы не только лучше поняли интерфейсы, но и смогли перенести эти знания в производственный процесс».
Двухэтапный подход должен иметь преимущества: в качестве модельной системы на этапе 1 структуру тонкопленочных ячеек легче анализировать. Это позволяет определить наиболее подходящие комбинации электродов и электролитов. Более сложная трехмерная конструкция более крупных элементов батареи в фазе 2 значительно упрощается благодаря ранее согласованным материалам.