„Fraunhofer“ elektrodus pastorino iki 800 µm: elementų energijos tankis augo 10–15 proc.

Vokietijos „Fraunhofer ISE“ su tyrimų ir pramonės partneriais baterijų elektrodų dangą pastorino nuo įprastų 100–200 iki 800 mikrometrų. Instituto rugsėjo 9 d. paskelbtais bandymų rezultatais, pakeista architektūra leido tos pačios masės elementuose sutalpinti 10–15 proc. daugiau energijos, priklausomai nuo chemijos ir konstrukcijos. Tema aptikta per „ESS News“, tačiau pagrindiniai techniniai dydžiai paimti iš tiesioginio instituto pranešimo ir jo PDF versijos.

Tai nėra paruoštas serijinis elementas ar nauja elektromobilio baterija. Pirmiausia architektūra eksperimentiškai patikrinta mažose ličio jonų, natrio jonų ir cinko jonų celėse. Vėliau ličio jonų maišeliniai prototipai pagaminti „Fraunhofer ISE“ pusiau automatinėje, pramoninio tipo procesus naudojančioje linijoje. Tokia linija priartina darbą prie gamybos sąlygų, bet dar neįrodo didelės gamyklos išeigos, kainos, ciklinio ilgaamžiškumo ar saugos.

Vienas rezultatas trims chemijoms taip pat nereiškia, kad jos tapo lygiavertės. Ličio, natrio ir cinko jonų sistemos skiriasi elektrodų medžiagomis, įtampa, savitąja energija ir galimomis naudojimo sritimis. Instituto paskelbtas 10–15 proc. intervalas priklauso būtent nuo baterijos tipo bei konstrukcijos, todėl nėra vienas universalus koeficientas, kurį būtų galima pridėti prie bet kurios rinkoje esančios celės.

Daugiau aktyviosios medžiagos, mažiau pasikartojančių sluoksnių

Įprastame elemente anodo ir katodo dangos kaitaliojamos su metaliniais srovės kolektoriais. Aktyvioji medžiaga kaupia energiją, o kolektoriai ją perduoda, tačiau patys nėra pagrindinė energiją kaupianti dalis. Storesnė danga leidžia tam pačiam aktyviosios medžiagos kiekiui naudoti mažiau kolektorių sluoksnių, todėl didesnė viso elemento masės ir tūrio dalis tenka energiją kaupiančiai medžiagai.

10–15 proc. prieaugis yra instituto nurodytas elemento lygmens rezultatas, o ne automatinis tokio pat dydžio elektromobilio ridos padidėjimas. Galutinio baterijų paketo masę sudaro korpusas, aušinimas, jungtys, elektronika ir apsaugos, todėl elemento pagerėjimas iki automobilio nuvažiuojamo atstumo persiduotų tik iš dalies. Be to, viešame pranešime nepateiktas vienodas visų trijų chemijų rezultatų palyginimas, įkrovimo galios kreivės ar ilgalaikių ciklų skaičius.

Gamybos nauda kol kas suformuluota kaip potencialas

Institutas nurodo, kad elektrodai gaminami be PFAS ir toksiškų tirpiklių. Tyrėjų vertinimu, būsima linija galėtų būti paprastesnė už šiuolaikinį drėgno dengimo procesą, užimti mažiau vietos ir naudoti mažiau energijos. Tačiau nepaskelbti palyginamieji kapitalo ar veiklos sąnaudų skaičiai, gamybos išeiga ir nepriklausomas gyvavimo ciklo vertinimas. Todėl mažesnės sąnaudos bei aplinkosauginė nauda šiame etape lieka „Fraunhofer ISE“ numatomas technologijos potencialas.

Svarbus ir mastelio didinimo klausimas. Storas elektrodas sutrumpina pasyvių sluoksnių sąrašą, bet jonams bei elektronams tenka judėti per storesnę struktūrą. Vien demonstravimas mažoje celėje neatsako, kaip didesnio formato elementas elgsis greitai kraunamas, šąlant ar tūkstančius kartų cikluojamas. Pats pramonės partneris „Helmut Hechinger“ industrializavimą sieja su tolesniais mastelio ir veikimo patvirtinimo žingsniais.

Viešame pranešime taip pat nėra vienodomis sąlygomis pagaminto kontrolinio elemento duomenų lentelės, matavimo neapibrėžties ar recenzuotos publikacijos nuorodos. Tai nereiškia, kad rezultatas netikras, tačiau riboja nepriklausomą jo atkūrimą. Redakciniu požiūriu saugiausia 800 µm ir 10–15 proc. dydžius laikyti instituto paskelbto eksperimentinio etapo rezultatais, kol išsamesnė metodika ir kitų laboratorijų bandymai jų nepatvirtino.

Europai svarbi gamybos kryptis, o ne dar vienas laboratorinis rekordas

Projektuose dalyvauja Štutgarto universitetas, Karlsrūhės technologijos institutas, įrangos gamintoja „acp systems“ ir „Helmut Hechinger“, o dalį tyrimų finansavo Vokietijos federalinės ministerijos bei Badeno-Viurtembergo žemė. Tai sujungia medžiagų tyrimą su gamybos įrangos ir regioninės tiekimo grandinės kompetencija – sritimi, kurioje Europa siekia mažinti priklausomybę nuo importuojamų baterijų elementų.

Tyrimas vykdytas per VORAN, INFAB ir WinZIB2 projektus. VORAN, skirtas natrio jonų kaupikliams stacionarioms ir judžioms taikymo sritims, tęsis iki 2027 m. birželio, o du cinko jonų projektai jau užbaigti. Ši projektų seka parodo, kad dabartinis pranešimas sujungia kelių chemijų darbą; jis nėra vienos naujos ličio jonų gamyklos investicinis sprendimas ar užsakymas.

Lietuvos ir kitų mažesnių ES rinkų požiūriu aktualiausia būtų ne pati 800 µm riba, o tai, ar paprastesnis procesas iš tiesų sumažins įėjimo barjerą nišinei vietinei gamybai, pavyzdžiui, stacionariems kaupikliams. Tam dar reikės didesnio formato bandymų, aiškios kokybės kontrolės, sertifikavimo, saugos ir ilgaamžiškumo duomenų. Kol jų nėra, rezultatas vertas dėmesio kaip perspektyvus gamybos architektūros bandymas, bet ne kaip komercinio produkto pažadas.