Fleksible bipolære plader lavet af polymerer gør det muligt at bygge kompakte batterier

Uanset om det bruges til strømforsyning eller i elbiler, nuværende batterisystemer er baseret på en række indbyrdes forbundne individuelle celler, som har visse ulemper med hensyn til effektivitet og fremstilling. Bipolære batteriopsætninger, i modsætning, omfatter kompakte stakke af individuelle celler. En ny type fleksibel og ekstremt tynd bipolar plade gør det muligt at fremstille batterier omkostningseffektivt. Ved Hannover Messe Preview den 24. januar, 2019 (Hal 19) og selve Hannover Messe fra 1. til 5. april, 2019 (Hal 2, Stand C22), forskere fra Fraunhofer Institute for Environmental, Sikkerhed og energiteknologi UMSICHT vil præsentere udviklingen af ​​denne teknologi.

Konventionelle batterisystemer er ekstremt komplekse. De består normalt af flere individuelle celler, der er forbundet med hinanden via ledninger. Dette er ikke kun dyrt og tidskrævende, det medfører også fare for hot spots – områder, hvor ledningerne bliver for varme. Ud over, hver enkelt af disse celler skal pakkes, hvilket betyder, at en stor del af batteriet består af inaktivt materiale, der ikke bidrager til batteriets ydeevne. Bipolære batterier er designet til at løse dette problem ved at forbinde de enkelte celler med hinanden ved hjælp af flade bipolære plader. Imidlertid, dette giver anledning til andre udfordringer:enten er de bipolære plader lavet af metal og er dermed udsat for korrosion, eller de er lavet af en carbon-polymer komposit, i så fald skal de være mindst flere millimeter tykke som følge af fremstillingsprocessen.

Materialebesparelser på mere end 80 procent

Forskere ved Fraunhofer Institute for Environmental, Sikkerhed og energiteknologi UMSICHT i Oberhausen har nu udviklet et alternativ. "Vi fremstiller bipolære plader af polymerer, der er lavet elektrisk ledende, " siger Dr.-Ing. Anna Grevé, afdelingsleder hos Fraunhofer UMSICHT. "På denne måde vi kan producere meget tynde plader og - sammenlignet med konventionelle celler forbundet med ledninger - spare over 80 procent af det anvendte materiale."

Ud over, materialet byder på adskillige andre fordele, såsom at den ikke tærer. En anden stor fordel er, at materialet efterfølgende kan omformes. Dette gør det muligt, for eksempel, at præge strukturer, som er vigtige for brændselsceller. I øvrigt, de innovative nye bipolære plader kan svejses sammen, så det resulterende batterisystem er absolut tæt. Konventionelle bipolære plader, i modsætning, er uegnede til svejsning på grund af den termiske og mekaniske belastning af materialet under fremstillingen. At samle dem på en sådan måde, at hverken gasser eller væsker kan passere gennem samlingerne, kræver tætninger. Imidlertid, sæler bliver hurtigt porøse, og de fylder også.

En yderligere fordel ved det nye materiale er, at forskerne er i stand til at tilpasse egenskaberne af de bipolære plader til specifikke krav. "Vi kan lave tallerkener, der er så fleksible, at du kan vikle dem rundt om din finger, såvel som dem, der er helt stive, " præciserer Grevé.

Omkostningseffektiv fremstilling gennem roll-to-roll teknik

Den primære udfordring bestod i at udvikle materialet og fremstillingsprocessen. "Vi bruger kommercielt tilgængelige polymerer og grafitter, men hemmeligheden ligger i opskriften, " siger Grevé. Da materialet består af omkring 80 procent grafitter og kun omkring 20 procent polymer, forarbejdningsmetoderne har lidt til fælles med almindelig polymerbearbejdning. Holdet af forskere ved Fraunhofer UMSICHT valgte roll-to-roll-teknikken, som muliggør omkostningseffektiv fremstilling, og tilpassede det ved hjælp af en masse knowhow. Trods alt, ingredienserne, der indgår i de fremstillede plader, skal fordeles homogent, og pladerne skal også være mekanisk stabile og helt tætte. På grund af materialernes oprindelige struktur, dette var ikke nogen let bedrift. Imidlertid, eksperterne mestrede også denne udfordring. "Vi var i stand til at opfylde alle krav i én proces. pladerne kan bruges, som de er, når de kommer ud af maskinen, " forklarer Grevé. En anden fordel ved teknikken er, at pladerne kan fremstilles i alle størrelser.