Økonomisk energilagring til morgendagens elbil

Forskere ved Fraunhofer Institute for Material and Beam Technology IWS i Dresden har udviklet en ny produktionsproces med det formål at effektiv og miljøvenlig fremtidig batteriproduktion. De dækker elektroderne i energilagringscellerne med en tør film i stedet for flydende kemikalier. Denne forenklede proces sparer energi og eliminerer giftige opløsningsmidler. En finsk virksomhed afprøver i øjeblikket den nye IWS -teknologi i praksis.

Bedre og mere omkostningseffektive produktionsmetoder til energilagring efterspørges i stigende grad, især i Tyskland:Alle større bilproducenter har lanceret ambitiøse elektriske køretøjsprogrammer, der vil sikre en kraftig stigning i efterspørgslen efter batterier. Indtil nu, Tyske virksomheder har købt cellerne til dette formål i Asien. Der er to hovedårsager, der driver denne tendens:Asiatiske teknologigrupper har mange års erfaring med masseproduktion af battericeller, og der forbruges meget energi i disse processer. Produktion på steder med høje elpriser, som Tyskland, er, derfor, meget høje omkostninger.

Ikke flere giftige opløsningsmidler - lavere elomkostninger

Det er præcis denne kendsgerning, som de saksiske Fraunhofer -ingeniører ønsker at ændre:"Vores tøroverføringsbelægningsproces har til formål at reducere procesomkostningerne mærkbart i elektrodebelægning, "understreger IWS -projektleder Dr. Benjamin Schumm." Producenter kan fjerne giftige og dyre opløsningsmidler og spare energiomkostninger under tørring. Ud over, vores teknologi letter også brugen af ​​elektrodematerialer, der er vanskelige eller endda umulige at behandle vådkemisk. "

Men disse materialer er nødvendige for fremtidige batterier med højere energitæthed. "Af alle disse grunde Vi tror, ​​at vores teknologi kan bidrage til at opnå internationalt konkurrencedygtig produktion af battericeller i Tyskland og Europa. "

Pilotfabrik startede med succes i Finland

Dette potentiale ses også af Fraunhofers nordiske partnere:Det finske batteriselskab "BroadBit Batteries, "sammen med IWS, har bestilt et pilotanlæg i sin fabrik i Espoo, som belægger elektroder med tørt elektrodemateriale i stedet for våde pastaer, som det har været almindeligt i industrien indtil nu. BroadBit bruger det til at producere nye typer natriumionbatterier. "Efterspørgslen efter vores teknologi er høj, selv i Tyskland, "rapporterer Benjamin Schumm.

I en laboratorieskala, IWS kan allerede belægge elektrodefolie med en bemærkelsesværdig produktionshastighed på flere meter i minuttet. I denne henseende kan Dresden -ingeniørerne vise potentialet for at overføre teknologien til produktionsskalaen.

Grænser for klassisk våd kemi

Indtil nu, celleproducenter har for det meste belagt deres batterielektroder i en kompleks vådkemisk proces. Først, de blander de aktive materialer, beregnet til senere at frigive den lagrede energi, med tilsætningsstoffer til at oprette en pasta. I denne proces tilføjer de organiske opløsningsmidler, som er dyre og normalt giftige. For at beskytte operatører og miljøet, udførlige forholdsregler for arbejdssikkerhed og oparbejdning er nødvendige.

Når pastaen er påført tynde metalfolier, et yderligere dyrt procestrin begynder:Snesevis af meter lange varmesektioner tørrer de belagte film, før de kan behandles yderligere. Denne tørringsprocedure medfører normalt høje elomkostninger.

Bindende molekyler danner et spindelvæv

Den nye filmoverførselsteknologi til tør elektrodebelægning, på den anden side, fungerer uden disse økologisk skadelige og dyre procestrin:IWS -ingeniørerne blander deres aktive materiale med bindingspolymerer. De behandler denne tørre blanding i et valseværk kendt som "kalender".

Forskydningskræfterne i dette system river hele molekylære kæder ud af bindemiddelpolymererne. Disse "fibriller" forbinder sig med elektrodepartiklerne som i et edderkoppespind. Dette giver elektrodematerialet stabilitet. Resultatet er et fleksibelt lag af tørt elektrode. I det næste trin, kalanderen laminerer den 100 mikrometer tykke film direkte på en aluminiumsfolie, og dermed skabe batterielektroden.

På vej til solid state ildfast batteri

"På denne måde, vi er også i stand til at behandle materialer til nye batterigenerationer, hvor klassiske processer mislykkes, "siger Benjamin Schumm. Disse omfatter, for eksempel, energilagringssystemer, der bruger svovl som aktivt materiale eller faststofbatterier, der anvender ionledende faste stoffer i stedet for brændbare flydende elektrolytter. "Disse batterier vil være i stand til at lagre mere energi i samme volumen end nutidens lithium-ion-batterier, "siger IWS -forskeren med henblik på fremtiden." Dog, disse faste elektrolytter kan miste deres funktionelle egenskaber ved kontakt med opløsningsmidler.

En opløsningsmiddelfri belægningsproces er væsentligt bedre kvalificeret til at producere disse lagermedier. "På vejen til behandling af elektroder til alle solid state-batterier har forskerne nået en vigtig milepæl ved at anvende deres tørfilmteknologi ved hjælp af ekstremt lavt bindemiddelindhold. De har for nylig offentliggjorde deres resultater i ScienceDirect.

Processen kan erstatte klassiske pasta -processer

Dresden -ingeniørerne sigter nu mod at forbedre deres teknologi i samarbejde med industrielle partnere for at opnå sit gennembrud. I det BMBF-finansierede "DryProTex" -projekt, for eksempel, de videreudvikler tøroverføringsbelægningsprocessen sammen med virksomhederne Saueressig, INDEV, Netzsch Trockenmahltechnik og bredbitsbatterier.

Partnerne forventer en grundlæggende ændring i batteriproduktionen:"Teknologien giver et stort potentiale til at erstatte konventionelle processer til pastabaseret elektrodeproduktion på lang sigt, "slutter Benjamin Schumm. I projektmaterialet DryProTex, proces- og udstyrsudvikling udføres med det formål at realisere procesdesign til tørkatodeproduktion i industriel skala.