Új európai akkumulátor

A 14 európai partnerből álló SOLiDIFY konzorcium nagy teljesítményű szilárdtest lítium-fém akkumulátort fejlesztett ki.

Az energiatároló prototípusát a belgiumi EnergyVille legkorszerűbb akkumulátor-laboratóriumában gyártották, s az imec, az Empa és a francia Solvionic vállalat által közösen kifejlesztett, egyedülálló folyékony-szilárd elektrolitot tartalmaz. Ez utóbbit oldatban impregnálták az elektródákba, majd megszilárdították, amely számos előnyt kínál az energiacellák teljesítménye és a nagyüzemi gyártás szempontjából, mind közvetlenül, mind az energiacellák költségei tekintetében.

Az új energiatároló energiasűrűsége 1070 Wh/L, ami jelentősen magasabb, mint a mai lítiumion modellek 800 Wh/L-es energiasűrűsége. A gyártási folyamat költséghatékony és a lítiumion-akkumulátorok meglévő gyártósoraihoz igazítható. Ez megnyitja az utat az elektromobilitáshoz használt szilárd lítiumion-energiatárolók kereskedelmi célú gyártása előtt.

A szén-dioxid-kibocsátás csökkentésének és az éghajlatváltozás elleni küzdelem szükségessége az elektromos járművek számának ugrásszerű növekedéséhez vezetett. A nagyobb hatótávolság és a rövidebb töltési idő iránti vágy azonban azt hangsúlyozza, hogy továbbra is szükség van még jobb, nagy teljesítményű akkumulátorokra. Ugyanakkor fontos, hogy ezek az energiatárolók megfizethetőek legyenek, mivel jelenleg az elektromos járművek árának csaknem felét teszik ki. Az ezekben az eszközökben használt anyagok tehát kulcsszerepet játszanak a teljesítményükben, de a megfizethetőségükben is.

Itt jönnek a képbe a szilárdtest-akkumulátorok. A hagyományos lítiumion-energiatárolókban használt folyékony elektrolit helyett ezek a modellek szilárd elektrolitot használnak, amelyen keresztül a lítiumionok áramlanak a töltés és a kisütés során. Ez olyan előnyökkel jár, mint a nagyobb energiasűrűség és a kisebb tűzveszély. Az ilyen cellák tömeggyártásához szükséges költséghatékony felépítés kifejlesztése azonban még mindig nehézkes.

Most a SOLiDIFY projekt részeként a konzorcium kifejlesztette egy nagy teljesítményű, szilárd elektrolittal ellátott lítium-fém akkumulátor prototípusát. A Genkben található „EnergyVille” legkorszerűbb energiatároló-laboratóriumában gyártott elem nagy, 1070 Wh/L-es energiasűrűséget ért el, szemben a mai lítiumion-technológiák 800 Wh/L-es értékével. A nagy energiasűrűséget egy vastag, nagy energiasűrűségű katód (nikkelt, mangánt és kobaltot tartalmazó NMC) kombinálásával érték el, amelyet egy vékony lítiumfém anódtól vékony szilárd elektrolit-szeparátor választ el. A szobahőmérsékleten megvalósítható, a jelenlegi lítiumion-akkumulátor gyártósorokhoz igazítható és várhatóan kWh-ként kevesebb mint 150 euróba kerülő gyártási eljárással ez a koncepció megfizethető megoldást ígér az ipar számára.

Ezt a sikert az új anyagok és a fejlett bevonatolási technológiák gondos értékelésével és optimalizálásával sikerült elérni. A prototípus elektrolitjaként egy ionos folyadékon alapuló polimerizált szilárd nanokompozit anyagot alkottak meg a szakemberek. Emellett a konzorciumnak a mechanikai szilárdság és a katód impregnálása terén is sikerült megoldania a kihívásokat, valamint az energiacella töltési idejét három órára, élettartamát pedig 100 ciklusra növelni. Más szilárdtest-energiatárolókkal összehasonlítva a hőstabil cella alacsonyabb gyúlékonyságot mutatott, ami növeli a biztonságot. A nanométer vékony védőrétegek alkalmazása lehetővé teszi az alacsony kobalt-tartalmú NMC katódok használatát, amelyek csökkentik a környezetterhelést, miközben nagyobb kapacitást biztosítanak. A következő lépések között szerepel e nagy teljesítményű akkumulátortechnológia továbbfejlesztése.

A „SOLiDIFY” konzorciumot az imec/EnergyVille (Belgium), a Fraunhofer Társaság (Németország), a Centro Ricerche Fiat SCPA (Olaszország) és az Empa (Svájc) kutatóközpontok, valamint a Hasselt/EnergyVille Egyetem (Belgium) és a Delfti Műszaki Egyetem (Hollandia) alkotja, továbbá az ipari partnerek között van a VDL Groep (Hollandia), az Umicore (Belgium), a Solith (Olaszország), a SOLVIONIC (Franciaország), a Sidrabe (Lettország), a Leclanché (Svájc), a Gemmate Technologies (Olaszország) és a Powall (Hollandia).