Grubsze elektrody, więcej energii przy tej samej masie
Niemiecki Instytut Fraunhofera ds. Systemów Energii Słonecznej (Fraunhofer ISE) we współpracy z partnerami z nauki i przemysłu opracował nową architekturę elektrod, która pozwala ogniwom baterii magazynować o 10–15% więcej energii bez zwiększania masy. Kluczem było trzykrotne zwiększenie grubości powłoki elektrod – z typowych 100–200 mikrometrów do nawet 800 mikrometrów.
Jak wyjaśnia Oliver Fitz, kierujący grupą technologii ogniw bateryjnych w Fraunhofer ISE, w standardowych konstrukcjach anoda i katoda składają się z wielu cienkich, naprzemiennych warstw powłoki i kolektorów prądu. Zwiększenie grubości powłoki pozwoliło znacząco ograniczyć liczbę potrzebnych kolektorów, uwalniając przestrzeń dla materiału aktywnego.
„Dysponujemy znacznie większą przestrzenią dla materiału aktywnego, co zwiększa gęstość energii o 10–15%, w zależności od typu i konstrukcji baterii” – tłumaczy Fitz.
Testy na trzech chemiach i wolne od PFAS
Nową architekturę sprawdzono najpierw na małych ogniwach laboratoryjnych z jonami cynku, sodu i litu. Dla ogniw litowo-jonowych badacze wykonali prototypy ogniw typu pouch na półautomatycznej linii produkcyjnej w nowoczesnej hali czystej Laboratorium Materiałów i Produkcji Ogniw Fraunhofer ISE. Koncepcja ma być łatwa do przeniesienia na inne chemie baterii.
Elektrody są wolne od PFAS i powstają bez użycia toksycznych rozpuszczalników. Projektowano je z myślą o przyszłej produkcji masowej – linia do wytwarzania elektrod ma być znacznie prostsza procesowo niż obecne systemy powlekania na mokro, co przekłada się na niższe nakłady inwestycyjne oraz mniejsze koszty operacyjne dzięki ograniczonemu zapotrzebowaniu na przestrzeń i energię.
Technologia może szczególnie pomóc małym i średnim firmom w budowie własnych zakładów produkcji ogniw w Niemczech. W konsorcjum badawczym uczestniczą partnerzy przemysłowi: Helmut Hechinger GmbH & Co. KG, dostarczający doświadczenie produkcyjne, oraz producent maszyn acp systems AG, rozwijający urządzenia do wytwarzania elektrod.
„Ponad 30% naszych przychodów generujemy już w obszarze elektromobilności. Jeśli kolejne etapy skalowania i walidacji okażą się obiecujące pod względem kosztów i parametrów, moglibyśmy rozważyć industrializację” – mówi Markus Duffner, dyrektor wykonawczy Hechinger.
Magazynowanie stacjonarne kluczem transformacji
Andreas Bett, dyrektor Fraunhofer ISE, podkreśla rolę stacjonarnych magazynów bateryjnych w systemie energetycznym opartym na zmiennych źródłach, takich jak słońce i wiatr. Wskazuje, że w Kalifornii systemy magazynowania dostarczają już większość energii w godzinach popołudniowych, a Niemcy powinny rozwijać własne moce produkcyjne, by generować wartość w kraju.
Prace prowadzono w ramach trzech projektów: VORAN (innowacyjne baterie sodowo-jonowe do magazynowania stacjonarnego i zastosowań mobilnych, realizowany do czerwca 2027 r.), INFAB (baterie cynkowo-jonowe, zakończony) oraz WinZIB2 (globalny system baterii cynkowo-jonowych, zakończony). Badania finansowały BMWE, BMFTR oraz Ministerstwo Gospodarki Badenii-Wirtembergii. W konsorcjum uczestniczyły też Instytut Fotowoltaiki (ipv) Uniwersytetu w Stuttgarcie oraz Instytut Technologiczny w Karlsruhe / Instytut Helmholtza w Ulm.
Źródło: elperiodicodelaenergia.com
Źródło: El Periódico de la Energía
