Исследователи из Института Макса Планка разработали новый подход, который в перспективе может проложить путь к переходу от 2D-токосъемников из фольги, широко используемых в современных литий-ионных батареях, к токосъемникам из флиса. Новое инновационное решение позволит производить перезаряжаемые батареи нового поколения, обладающие рядом улучшенных характеристик, среди которых: более высокая плотность энергии, повышенная скорость зарядки, увеличенное время работы и более длительный срок службы.
Данная технология основывается на процессе, разработанным Йоахимом Шпатцем, директором Института медицинских исследований Макса Планка (Хайдельберг, Германия). С его применением удается получить металлические волокна малой толщины, которые можно использовать для изготовления более толстых аккумуляторных элементов.
Полученные металлические волокна, обладающие высоким показателем электропроводности, должны пройти специальную переработку в результате которой они примут вид плотной проводящей металлической сетки с дальнейшим ее заполнением активным материалом анода или катода. Смысл этих преобразований заключается в следующем: металлические сетки имеют значительно большую площадь поверхности по сравнению с обычными токосъемниками. Это означает, что батареи, оснащенные такими токосъемниками можно будет заряжать и разряжать гораздо быстрее. Кроме того, металлическая сетка позволит повысить безопасность литий-ионных аккумуляторов. Достигается это, путем снижения электрического сопротивления электродов и повышения их механической стабильности, устранения неблагоприятных горячих точек при выделении тепла, а также электрических и механических нагрузок. Как результат, полученные после всех преобразований электроды, позволят увеличить толщину аккумуляторных элементов более чем до 2 мм. Для сравнения, это приблизительно в 10 раз толще чем стандартный, среднестатистический элемент.
На сегодняшний день в составе большинства литий-ионных аккумуляторов содержится примерно равное количество металла и активного материала, с небольшим перевесом последнего. Активный материал, необходимый для хранения накопленной аккумуляторами энергии, занимает лишь 60% их массы. Благодаря применению вышеописанной технологии, ученым удалось заметно снизить содержание металла и увеличить долю активного материала в общем весе батареи.
Как заявляют сами исследователи, новые батареи являются ресурсосберегающими из-за «значительно сниженного расхода материалов и чрезвычайно энергосберегающего производственного процесса». Утверждается, что электроды толщиной в миллиметр способствуют существенному увеличению срока службы батареи, а также до 30% снижают материальные затраты на киловатт-час. Использование высокоэластичного активного материала и матового волокна в качестве токосъемника, позволяет предотвратить преждевременное старение батареи. Благодаря своим физическим свойствам они способны адаптироваться к изменениям в собственном объеме при зарядке и разрядке.
При этом, по словам исследователей, данная инновация не будет ограничиваться только лишь современными литий-ионными батареями. Сверхтонкие металлические сетчатые электроды имеют большой потенциал для других химических элементов, присутствующих в различных типах аккумуляторов, таких как твердотельные литий-металлические аккумуляторы или натрий-ионные аккумуляторы, где она может использоваться в качестве встроенной технологии для существующих производственных линий.
В связи с этим, недавно созданная дочерняя компания института Batene GmbH, приняла решение лицензировать данную технологию через центральную компанию по передаче технологий Max Planck Innovation. Ей успешно удалось это сделать и теперь она сосредоточена на решении вопросов, касающихся маркетинговой составляющей.
Также стартап получил эксклюзивную лицензию на право разработки и продажи продукции, которая будет разрабатываться на базе соответствующего технологического подхода. После проведения успешных демонстраций компания намерена создать большие производственные мощности для изготовления электродов из металлического нетканого материала с целью дальнейшего развития технологии.
