A Fraunhofer ISE kutatói olyan új elektródaszerkezetet dolgoztak ki, amellyel az akkumulátorcellák azonos tömeg mellett 10–15%-kal több energiát tárolhatnak. A megoldás egyik kulcsa meglepően egyszerű: jelentősen megnövelték az elektródák aktív anyagot tartalmazó rétegének vastagságát, így kevesebb áramgyűjtő fóliára van szükség. A technológiát lítiumion-, nátriumion- és cinkion-akkumulátorokon is sikeresen tesztelték.
A Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems (ISE, Napenergia-rendszerek Intézete) kutatói ipari és tudományos partnereikkel együtt az akkumulátorcella belső felépítését gondolták újra. A hagyományos cellák anódja és katódja számos vékony, egymással váltakozó elektródarétegből és áramgyűjtőből épül fel. Az áramgyűjtők szükségesek az elektromos töltés elvezetéséhez, ugyanakkor maguk nem vesznek részt az energia tárolásában. A kutatók ezért azt vizsgálták, miként lehetne növelni az aktív anyag arányát anélkül, hogy az akkumulátor tömege jelentősen emelkedne. A megoldást az elektródabevonat vastagságának növelése jelentette. A jelenleg jellemző 100–200 mikrométeres elektródaréteget a Fraunhofer ISE szakemberei akár 800 mikrométer vastagságúra növelték. Ennek köszönhetően ugyanazon cellán belül jóval kevesebb áramgyűjtőre van szükség, és több hely marad az energiát ténylegesen tároló aktív anyagnak. Az új konstrukció az akkumulátor típusától és kialakításától függően 10–15 százalékkal növelheti az energiasűrűséget.
Nemcsak lítiumion-akkumulátoroknál működik
A kutatók először kisebb laboratóriumi cellákon vizsgálták az új elektróda-architektúrát, mégpedig három különböző akkumulátorkémiánál: lítiumion-, nátriumion- és cinkion-rendszerekben. A lítiumion-technológia esetében azonban ennél is tovább mentek. A Fraunhofer ISE akkumulátoranyagokkal és cellagyártással foglalkozó laboratóriumának fél-automatizált gyártósorán már tasakos, úgynevezett pouch cellás prototípusokat is előállítottak az új elektródaszerkezettel. A gyártás során olyan eljárásokat alkalmaztak, amelyek közel állnak az iparban jelenleg használt technológiákhoz. A kutatók szerint az alapelv más akkumulátorkémiákhoz is viszonylag egyszerűen adaptálható. A fejlesztés jelentőségét tehát nem egy új akkumulátor-alapanyag adja, hanem a már ismert cellakémia hatékonyabb kihasználása. A kutatók lényegében az akkumulátor belső „holt tömegét” csökkentik azzal, hogy kevesebb olyan szerkezeti elemre van szükség, amely önmagában nem tárol energiát.
Egyszerűbb és olcsóbb gyártás lehet a következő előny
Az új cellaszerkezetet eleve a későbbi sorozatgyártás követelményeit szem előtt tartva fejlesztették. A Fraunhofer szerint az elektródák PFAS-mentesek, vagyis nem tartalmaznak a környezetben rendkívül nehezen lebomló fluorozott vegyületeket. A kutatók számításai szerint az új elektródákhoz kialakítható gyártósor technológiai szempontból lényegesen egyszerűbb lehet a korszerű nedves bevonási eljárást alkalmazó rendszereknél. Ez nemcsak alacsonyabb beruházási költséget eredményezhet, hanem az üzemeltetést is olcsóbbá teheti, mivel kisebb hely- és energiaigénnyel járhat. Ez különösen a kisebb és közepes vállalatok számára lehet érdekes. A Fraunhofer szerint a technológia hosszabb távon lehetőséget teremthet arra, hogy olyan cégek is belépjenek az akkumulátorcella-gyártásba, amelyek számára a jelenlegi, rendkívül tőkeigényes gyártási infrastruktúra kiépítése túl nagy beruházást jelentene. A kutatás ipari partnere, a Helmut Hechinger GmbH & Co. KG már most bevétele több mint 30 százalékát az elektromobilitás területén szerzi. A vállalat szerint amennyiben a technológia nagyobb léptékű tesztelése is igazolja a kedvező költség- és teljesítményadatokat, az iparosítás lehetősége is napirendre kerülhet. Különösen az állandó telepítésű energiatárolók gyártásában látnak jelentős potenciált.
Egyre fontosabbak a hálózati energiatárolók
A Fraunhofer ISE szerint az új technológia jelentősége túlmutat az elektromos járműveken. A nap- és szélerőművek termelésének növekedésével egyre nagyobb szükség van olyan akkumulátoros tárolórendszerekre, amelyek a termelés és a fogyasztás időbeli különbségeit képesek kiegyenlíteni. Andreas Bett, a Fraunhofer ISE igazgatója Kaliforniát hozza fel példaként, ahol az akkumulátoros energiatárolók az esti órákban már az áramellátás jelentős részét biztosítják. A kutatóintézet szerint Európa számára ezért nemcsak az akkumulátorok alkalmazása, hanem saját gyártási kapacitások létrehozása is stratégiai jelentőségű lehet. Az új elektróda- és cellakialakítást több kutatási projekt keretében fejlesztették. Ezek között szerepel a 2027 júniusáig tartó, a helyhez kötött és mobil alkalmazásokra szánt nátriumion-akkumulátorok fejlesztését célzó VORAN projekt, valamint a cinkion-technológiára koncentráló InFAB és WinZIB2 program. (A kutatásban a Fraunhofer ISE mellett az acp systems AG, a Helmut Hechinger GmbH & Co. KG, a Stuttgarti Egyetem Fotovoltaikai Intézete, valamint a Karlsruhei Technológiai Intézethez tartozó Helmholtz Institute Ulm vett részt.)
0 hozzászólás