Istraživači u Centru za istraživanje solarne energije i vodika Baden-Württemberg (ZSW), Njemačka, pronašli su ekološki prihvatljiv proces za proizvodnju elektroda za litij-ionske baterije. To je zato što se današnje litij-ionske baterije bez iznimke sastoje od materijala s velikim udjelom nikla u katodnoj masi. Time se povećava gustoća energije.
Vidi također: Nekoliko stotina MWh sustava za pohranu energije za izraelske projekte
Međutim, u procesu proizvodnje koriste se mnoga toksična otapala i kemikalije koje sadrže fluor. Upravo tu dolazi do izražaja razvoj ZSW-a. Istraživači su sada pokrenuli industrijsku proizvodnju katoda s ekološki prihvatljivim i troškovno učinkovitim alternativama. Otrovno otapalo NMP zamijenili su vodom. NMP je kratica za N-metil-2-pirolidon. Otrovna kemikalija koristi se kao otapalo u mnogim područjima zbog svoje toplinske stabilnosti i visoke polarnosti.
Dovoljno za 200.000 auto kilometara
Istraživači ZSW-a zamijenili su standardno otapalo NMP i smjesu veziva koja sadrži fluor PVDF vodenom formulacijom. Zatim su upotrijebili nove pristupe za uspješnu proizvodnju katoda s visokim sadržajem nikla, visokom specifičnom energijom i dugotrajnošću na pilot razini blizu proizvodnje. Tako proizvedene elektrode ugrađivane su u okrugle ćelije tipa 21700. Nakon 1000 ciklusa punjenja i pražnjenja još uvijek su imale 80 posto svog početnog kapaciteta. Pretvoreno u električno vozilo, to bi značilo trajnost od najmanje 200.000 kilometara. Zaključak: stoga su prikladni za uporabu u baterijskim električnim vozilima.
Dokazana mogućnost masovne proizvodnje
Istraživači su tako došli do stupnja razvoja na kojem su radili nekoliko godina. Prema njihovim vlastitim izjavama, posljednjih je godina postignut znatan napredak u laboratorijskim razmjerima u proizvodnji elektroda na bazi vode koje sadrže aktivne materijale s visokim udjelom nikla. Međutim, još uvijek nije bilo dokaza o izvedivosti na razini gotovo proizvodnoj. ZSW je sada u tome uspio. "Naš rad ima za cilj poboljšati proizvodnju elektroda u litij-ionskim baterijama i učiniti ih ekološki prihvatljivima bez ugrožavanja snage baterija", Markus Hölzle, voditelj poslovne jedinice ZSW u Ulmu, opisuje cilj. "Zamjena toksičnih otapala i bionerazgradivih kemikalija koje sadrže fluor igra važnu ulogu u tome."
Prednosti recikliranja
Margret Wohlfarth-Mehrens, koja je bila odgovorna za rad kao voditeljica odjela, dodaje: "S našim novim proizvodnim procesom značajno smanjujemo ekološki otisak litij-ionskih baterija. Voda je već korištena kao otapalo za anode na industrijskih razmjera dugi niz godina, a sada smo uspjeli učiniti isto za katodne materijale.Osim eliminacije toksičnih otapala, korištenje vode također omogućuje korištenje nefluoriranih veziva, što značajno pojednostavljuje recikliranje baterija, “ spominje još jednu prednost novogradnje.
Proizvedene elektrode dužine 100 metara
Ali nisu samo ekološki aspekti igrali ulogu u razvoju. Istraživači su također uspjeli smanjiti troškove proizvodnje stanica korištenjem vodene formulacije. Počeli su s elektrodama na milimetarskoj skali. Međutim, u međuvremenu su također uspjeli proizvesti elektrode duge oko 100 metara. Kako bi to učinili, istraživači su koristili prethodno razvijene materijale na kilogramskoj ljestvici. Ova se pilot veličina smatra ključnim korakom u prijenosu laboratorijskih sondi veličine nekoliko milimetara u velike primjene, gdje su uključeni kubični metri i tone.
Također zanimljivo: Snimka webinara: Baterijski sustavi za pohranu energije: vrijedan pompe
Sa 100 metara dugim elektrodnim trakama, ZSW je također prvi put mogao proizvesti potpuno razvijene cilindrične baterije formata 21700. Ovaj format ćelija koristi, primjerice, proizvođač automobila Tesla u svom Modelu 3. Međutim, te su baterije također prikladne za upotrebu u e-biciklima. Prijenos procesa na druge formate ćelija sada je sljedeći korak. (su/mfo)