На лов за супер батерията

Днешните литиево-йонни батерии съхраняват твърде малко енергия, консумират твърде много ресурси и все още са много скъпи. Изследователите трескаво търсят алтернативи. Учен от Бон вярва, че вече е постигнал целта си.

Зависи от Азия

Въпреки това, увеличаването на производствения капацитет само за днешните литиево-йонни батерии няма да помогне на германските производители на автомобили да се измъкнат. Това само би подкладило ценовата война. От икономическа гледна точка има смисъл само гигафабрика, при която изцяло ново поколение високопроизводителни батерии се търкаля от поточната линия. Разбира се, все още можете да оптимизирате малко литиево-йонните батерии. Например с електроди, които съхраняват повече литий. Или с електролити, които провеждат по-добре лития. Също така чрез по-сложни архитектури с максимум материали за съхранение и минимум опаковки около него. Подобренията на анода, положителния полюс на батерията, също биха могли да помогнат. Но всичко това само напредва технологията с малки стъпки.

По пътя към полупроводниковата батерия

Друга точка на атака: електролитът - течността, в която литиевите йони плуват от единия електрод към другия. „Досега производителите са използвали органични течности“, казва Франциска Клайн, химик от Института Хелмхолц Улм (HIU), друга тежка категория в германските изследвания на батериите. „Но те лесно изгарят.“ Следователно учените искат да заменят течностите с по-малко чувствителни вещества - като твърди електролити, направени от прахообразна керамика. Но изтощаващо е йоните да преминават през твърдия материал.

64-годишният Гюнтер Хамбицер поема по друг път - изобретателят от Бон и доцент по физическа химия в университета във Витен/Хердеке разчита на неорганичен електролит, който е разработил в продължение на 30 години основни изследвания (включително за батерийна система от САЩ за военни приложения) или по-добре казано: демаскиран. Фиксираният йонен проводник, за който наскоро той е подал заявка за патент, е незапалим и устойчив на дълбоки разряди, той не старее и следователно може да бъде основата за батерия, която трае практически вечно, не съдържа кобалт и други критични вещества и е евтина за производство. Заедно с Центъра за технологии на горивните клетки (ZBT) в Дуисбург и с подкрепата на Steag и IBM, наред с други, High Performance Battery Technology (HPBT) GmbH, основана от Hambitzer и двама партньори, планира да произведе първите си прототипи в Рейнланд през следващите 18 месеца произвеждат нови твърди батерии, които след това ще се използват като буферно хранилище за демонстрационни цели в проект за самодостатъчност в Австрия.

30 000 цикъла на зареждане

В интервю за EDISON Себастиан Хайнц описва откритието на Hambitzer, на което се основава новата технология за съхранение, като „гениален удар“. Бившият телекомуникационен мениджър е отговорен за корпоративната стратегия и маркетинга на изобретението в HPTB - самият Хамбицер е прекалено техник и на всичкото отгоре има горчив опит с институционални инвеститори през последните десет години, което първо доведе до спор, а след това доведе до фалит. Следователно ученият предпочита да се концентрира върху лабораторната работа днес.

Там той успя за първи път през 2010 г. да произведе акумулаторни клетки, които „преодоляха връзката между нарастването на вътрешното съпротивление и намаляването на капацитета“, което означава, че те не са остарели на добър немски език и също имат пълен капацитет за съхранение за над 30 000 цикъла на зареждане и разреждане. „Днешните литиево-йонни клетки с органични електролити обикновено достигат края на живота си след 3000 цикъла на зареждане“, подчертава Хамбицер разликата в интервю. Постоянно намаляващата производителност се дължи на факта, че по време на електрохимичните процеси в клетката със значително образуване на сол се създава вещество, което се прикрепя към електродите и по този начин увеличава вътрешното съпротивление. Електрическата проводимост на йонните проводници спада над това. В крайна сметка клетката се срива.

По собствените му думи Хамбицер успя да дешифрира процеса на стареене, но също така да идентифицира и изолира веществото, което се създава по време на процеса на стареене на оригиналния електролит. В по-нататъшни експерименти той открива, че това вещество е много добър фиксиран йон проводник, който, ако бъде въведен директно в клетката, предотвратява образуването на сол и по този начин стареенето. Хамбицер: „Това беше пробивът“. И хубавото в него: „Рецептата е проста. И можете да получите всички съставки за коктейла в аптеката “, казва възхитеният партньор Томас Люцерат, който преди това е разработвал електрически двигатели за VW e-Golf и Renault Twizy. Нито редки земи, нито злато или кобалт са необходими за новия тип батерии. Подробности? Все още са търговска тайна.

Големи системи за съхранение за енергиен преход

Все още има известна работа пред екипа в Бон преди серийното производство. Hambitzer изчислява, че първата проба от новия тип клетка с капацитет 1,4 ампера часа може да бъде готова в началото на лятото, ако всичко върви по план. Но заедно с индустриалните партньори те също искат да усъвършенстват индустриалното производство на батерията и допълнително да увеличат капацитета за съхранение на клетката, за да могат да представят прединдустриален прототип с капацитет 50 амперчаса за 18 месеца. За тази цел понастоящем се полагат усилия във Федералното министерство на икономиката за финансиране от изследователската програма „Иновации за енергийния преход“, съобщава Heinz.

Тъй като полупроводниковата батерия предлага възможност за съхраняване на зеленото електричество, генерирано с помощта на вятърни турбини и фотоволтаични клетки, когато електрическата мрежа в момента е заета поради пренасищане. Буферът и домашното съхранение са първите области на приложение за Hambitzer, той вече има предвид големи резервоари за съхранение в контейнерния формат, пакет от 14 000 акумулаторни клетки с капацитет за съхранение от 2 мегаватчаса: съхранение на електрохимични батерии с висока икономическа ефективност и подобрен екологичен баланс. "

Автомобилната индустрия трябва да изчака

И какво получава автомобилната индустрия от него? Отначало нищо. Hambitzer вижда твърди клетки за мобилна употреба само след около три години. „Електромобилността в момента е много емоционална тема - но необходимостта от високоефективно съхранение и нуждата в индустрията поради енергийния преход в момента са много по-големи.“ Но ако производителят или доставчикът на автомобили не иска да чака толкова дълго - базираната в Бон компания също ще бъде отворена за лицензиране на производството.