© P.Avavian / CEA Pilotní výroba nových bateriových elektrod. Soubor obrázku: Fraunhofer ISC
Elektromobilita klade vysoké požadavky na nové vysoce výkonné baterie - rozsah, životnost, bezpečnost a doba nabíjení, abychom jmenovali jen několik. Skutečnou výzvou jsou požadavky na zdroje pro rostoucí počet velkých lithiových automobilových baterií. Deset partnerů z průmyslu a výzkumu se proto sešlo v projektu ECO COM'BAT, který financuje EU a jehož cílem je vyvinout udržitelnou příští generaci vysokonapěťových lithium-iontových baterií - a to s úspěchem.
Cílem projektu EIT RawMaterials ECO COM'BAT bylo kombinovat ekologické a vysoce výkonné materiály pro novou generaci vysokonapěťových lithium-iontových baterií a zlepšit jejich výrobu. ECO COM'BAT byl koordinován Fraunhoferovým institutem pro výzkum silikátů ISC a probíhal od dubna 2016 do prosince 2018. S výrobci materiálu Arkema a Umicore, výrobci buněk SAFT a Customcells, výzkumnými a technologickými organizacemi Fraunhofer, CEA, CSIC, ENEA, VITO a Technickou univerzitou v Darmstadtu účastníci projektu pokryli všechny důležité aspekty hodnotového řetězce baterií.
Omezte použití kritických materiálů
Ve srovnání s aktuálně zavedenými typy baterií by nové lithium-iontové baterie měly být výkonnější a efektivnější z hlediska zdrojů. „Hlavním úkolem projektu ECO COM'BAT bylo nahradit konvenční, často drahé, vzácné nebo dokonce kritické materiály, jako je kobalt v elektrodách a fluor v elektrolytu,“ vysvětluje koordinátor projektu Dr. Andreas Bittner z Fraunhofer ISC. V rámci projektu byl nízko kobaltový NMC 622 potažený ORMOCER® a speciální vysokonapěťový elektrolyt na bázi vodivé soli lithium bis (fluorosulfonyl) imid (LiFSI), který lze stabilně provozovat i při vysokém napětí, přizpůsoben a optimalizován pro vysoké požadavky na baterii. To mělo za následek snížení obsahu kobaltu přibližně o 20 procent a snížení obsahu fluoru v elektrolytu o dvě třetiny. Energii a hustotu energie lze významně zvýšit pomocí strukturujících přísad, jako jsou Porocarb® a Graphistrength®. Udržitelné materiály byly zpracovány v běžných pouzdrech, které vykazovaly až o 50 procent vyšší stabilitu cyklu (při 4,3 V) než průmyslové referenční vzorky ve srovnávacím testu.
Převýšení na pilotní měřítko
K přechodu z úrovně experimentální laboratoře na životaschopnost výroby je obvykle zapotřebí několik kroků upscalingu. V rámci projektu ECO COM'BAT spojili partneři inovativní materiály se známými vlastnostmi výroby a byli schopni dosáhnout relevantní pilotní fáze pro šarže do 20 kilogramů pomocí několika kroků upscalingu. Za účelem optimalizace materiálů a článků ECO COM'BAT byla provedena komplexní simulace výkonu a stárnutí baterie. Kromě toho byla vyvinuta a otestována účinná koncepce recyklace s cílem získat cenné materiály, jako je nikl, kobalt, grafit a lithium, nejen v elementární formě, ale také ve formě zpracovaných funkčních materiálů, čímž se dosáhne vysoké úrovně udržitelnosti.
Dobré výsledky projektu dávají naději na ekonomicky zajímavou novou generaci udržitelných vysokonapěťových baterií. Různé materiály baterií vyvinuté a testované v projektu mají vynikající výkon a vlastnosti zpracování. Pokud existuje poptávka, lze materiály rychle škálovat až na téměř výrobní rozsah.
Informace o ECO COM'BAT: www.eco-combat.com
financování projektů
EIT RawMaterials, iniciovaný a financovaný Evropským inovačním a technologickým institutem (EIT), orgánem Evropské unie, je největším světovým konsorciem v těžebním sektoru. Vize EIT RawMaterials je učinit ze surovin hlavní sílu pro Evropu, jejím posláním je umožnit evropskému odvětví udržet si konkurenceschopnost v oblasti nerostů, kovů a materiálů v hodnotovém řetězci prostřednictvím podpory inovací, vzdělávání a podnikání.
Zdroj: Fraunhofer ISC
