© P.Avavian / CEA Опытное производство новых аккумуляторных электродов. Файл изображения: Fraunhofer ISC
Электромобильность предъявляет высокие требования к новым высокопроизводительным аккумуляторам - диапазон, срок службы, безопасность и время зарядки - это лишь некоторые из них. Настоящая проблема - потребность в ресурсах для растущего числа крупных автомобильных аккумуляторов на литиевой основе. Таким образом, десять партнеров, представляющих промышленность и исследования, объединились в финансируемом ЕС проекте ECO COM'BAT для разработки экологически безопасных высоковольтных литий-ионных аккумуляторов следующего поколения - и добились успеха.
Целью проекта EIT RawMaterials ECO COM'BAT было объединить экологически чистые и высокоэффективные материалы для следующего поколения высоковольтных литий-ионных батарей и улучшить их производство. ECO COM'BAT координировался Институтом исследования силикатов им. Фраунгофера ISC и проводился с апреля 2016 года по декабрь 2018 года. С производителями материалов Arkema и Umicore, производителями элементов SAFT и Customcells, научно-исследовательскими и технологическими организациями Fraunhofer, CEA, CSIC, ENEA, VITO и Техническим университетом Дармштадта участники проекта рассмотрели все важные аспекты цепочки создания стоимости аккумуляторов.
Сократить использование критических материалов
По сравнению с существующими в настоящее время типами батарей новые литий-ионные батареи должны быть более мощными и более ресурсоэффективными. «Основная задача проекта ECO COM'BAT заключалась в замене обычных, часто дорогих, редких или даже критических материалов, таких как кобальт в электродах и фтор в электролите», - объясняет координатор проекта д-р. Андреас Биттнер из Fraunhofer ISC. В рамках проекта NMC 622 с низким содержанием кобальта с покрытием ORMOCER® и специальный высоковольтный электролит на основе проводящей соли бис (фторсульфонил) имида лития (LiFSI), которые могут стабильно работать даже при высоких напряжениях, были адаптированы и оптимизированы для высоких требований к батареям. Это привело к уменьшению содержания кобальта примерно на 20 процентов и уменьшению содержания фтора в электролите на две трети. Энергия и удельная мощность могут быть значительно увеличены за счет использования структурирующих добавок, таких как Porocarb® и Graphistrength®. Устойчивые материалы обрабатывались в обычных ячейках-мешочках, которые в сравнительном тесте показали на 50% более высокую циклическую стабильность (при 4,3 В), чем промышленные эталонные образцы.
Повышение до пилотного масштаба
Чтобы перейти от экспериментального лабораторного уровня к жизнеспособности производства, обычно требуется несколько этапов масштабирования. В рамках проекта ECO COM'BAT партнеры объединили инновационные материалы с известными производственными свойствами и смогли достичь соответствующей пилотной стадии для партий до 20 кг всего за несколько шагов масштабирования. Для оптимизации материалов и элементов ECO COM'BAT было проведено всестороннее моделирование характеристик батареи и старения. Кроме того, была разработана и протестирована эффективная концепция рециркуляции с целью восстановления ценных материалов, таких как никель, кобальт, графит и литий, не только в элементарной форме, но и в форме обработанных функциональных материалов, таким образом достигая высокого уровня устойчивости.
Хорошие результаты проекта дают надежду на экономически интересное новое поколение устойчивых высоковольтных батарей. Различные материалы аккумуляторов, разработанные и испытанные в проекте, имеют отличные эксплуатационные и технологические характеристики. Материалы могут быть быстро расширены до уровня, близкого к производственному, если есть спрос.
Информация об ECO COM'BAT: www.eco-combat.com
проектное финансирование
EIT RawMaterials, инициированный и финансируемый Европейским институтом инноваций и технологий (EIT), органом Европейского Союза, является крупнейшим в мире консорциумом в добывающем секторе. Цель EIT RawMaterials заключается в том, чтобы сделать сырье основной силой для Европы, его миссия - дать европейскому сектору возможность поддерживать свою конкурентоспособность в области минералов, металлов и материалов вдоль цепочки создания стоимости путем стимулирования инноваций, образования и предпринимательства.
Источник: Fraunhofer ISC
