Литий-ионные батареи важны для провозглашенной «Energiewende» трансформации энергосистемы. Они необходимы для хранения электроэнергии из непостоянных возобновляемых источников или для работы электромобилей. Однако высокие затраты по-прежнему представляют собой серьезную проблему, с которой необходимо столкнуться, чтобы технология была конкурентоспособной. После трех лет исследований группе, возглавляемой профессором Вильгельмом Шабелем и доктором Филипом Шарфером из группы технологии тонких пленок (TFT) Института термической инженерии KIT, удалось увеличить скорость прерывистого производства электродных фольг, представляющих собой актуальные системы накопления энергии до 100 метров в минуту.
На сегодняшний день скорость от 25 до 35 метров в минуту является самым современным уровнем промышленного развития. В рамках проекта «Компетенция E» ученые разработали революционную технологию нанесения покрытий, с помощью которой можно получать не только сплошные покрытия, но и узоры с высокой точностью. На это изобретение был подан патент.При производстве электродной фольги суспензия, содержащая активный материал, технический углерод, связующее, растворитель и добавки, наносится на подложку из фольги из меди (для анода) или алюминия (для катода).
Покрытие часто обрабатывают непрерывно, однако прерывистые покрытия связаны с превосходной технологичностью для последующих стадий процесса. «В случае прерывистого нанесения покрытия требуются определенные начальная и конечная кромки независимо от скорости нанесения покрытия», — поясняет Шабель. «В нашем процессе это достигается с помощью мембраны, которая быстро движется вперед и назад контролируемым образом в головке для нанесения покрытия, то есть в щелевой фильере». Другие подвижные части не требуются.
Это приводит к высокой частоте до 1000 рисунков электродов в минуту и высокоточному покрытию. Оптимизируя параметры мембраны, процесс можно адаптировать на месте к свойствам среды покрытия.
В своей «Дорожной карте для производства аккумуляторов» Немецкая ассоциация инженеров (VDMA) определила цель достижения скорости покрытия 100 метров в минуту до 2030 года. Эта цель уже поставлена учеными KIT сегодня.С помощью этой новой технологии производство электродов может быть увеличено в 3 раза примерно при тех же инвестиционных затратах. В результате стоимость производства литий-ионных аккумуляторов может быть значительно снижена.
Используя аналогичный процесс, ученые KIT уже успешно создали электроды для электромобилей в экспериментальном масштабе. Д-р Андреас Гуч, руководитель направления «Competence E» в KIT, отмечает: «Новая технология покрытия в сочетании со спиральной технологией, разработанной и запатентованной KIT для производства литий-ионных аккумуляторов со спиральной намоткой, дает возможность достичь стоимости лидерство ".