2019-06-03 21:41:02
未来电动汽车的经济储能

位于德累斯顿的弗劳恩霍夫材料与梁技术研究所的研究人员开发了一种新的生产工艺,旨在实现高效,环保的未来电池生产。他们用干膜代替液体化学品涂覆储能电池的电极。这种简化的过程可节省能源并消除有毒溶剂。一家芬兰公司目前正在成功测试新的IWS技术。

越来越需要更好,更具成本效益的储能生产方法,特别是在德国:所有主要的汽车制造商都推出了雄心勃勃的电动汽车计划,以确保电池需求的急剧增长。到目前为止,德国公司一直在亚洲为此目的购买电池。推动这一趋势的主要原因有两个:亚洲技术集团在电池单元的大规模生产方面拥有多年的经验,并且在这些工艺中消耗了大量能源。因此,在德国这样的高电价地点生产是非常高成本的。

不再使用有毒溶剂 - 降低电力成本

正是这一事实正是撒克逊弗劳恩霍夫工程师想要改变的:“我们的干转移涂层工艺旨在显着降低电极涂层的工艺成本,”IWS项目经理Benjamin Schumm博士强调说。 “制造商可以消除有毒和昂贵的溶剂,并在干燥过程中节省能源成本。此外,我们的技术还有助于使用难以甚至不可能进行湿化学处理的电极材料。”

但是这些材料是未来具有更高能量密度的电池所需要的。 “出于所有这些原因,我们认为我们的技术有助于在德国和欧洲实现具有国际竞争力的电池生产。”

试点工厂在芬兰成功启动

Fraunhofer的北欧合作伙伴也看到了这种潜力:芬兰电池公司“BroadBit Batteries”与IWS一起在其Espoo工厂委托了一个试验工厂,该工厂用干电极材料涂覆电极而不是湿浆,这在行业到现在为止。 BroadBit用它来生产新型钠离子电池。 “即使在德国,对我们技术的需求也很高,”Benjamin Schumm说。

在实验室规模上,IWS已经可以以每分钟几米的显着生产速度涂覆电极箔。在这方面,德累斯顿工程师可以展示将技术转移到生产规模的潜力。

经典湿化学的限制

到目前为止,电池生产商大多在复杂的湿化学过程中涂覆电池电极。首先,他们混合活性材料,后来用于释放储存的能量,添加剂以产生糊状物。在这个过程中,他们添加昂贵且通常有毒的有机溶剂。为了保护操作人员和环境,必须采取详细的职业安全和后处理预防措施。

一旦将糊状物施加到薄金属箔上,就开始进一步昂贵的工艺步骤:数十米长的加热部分干燥涂覆的薄膜,然后才能进一步加工。这种干燥过程通常会导致高电费。

结合分子形成蜘蛛网

另一方面,用于干电极涂层的新型薄膜转移技术在没有这些生态破坏和昂贵的工艺步骤的情况下运行:IWS工程师将其活性材料与粘合聚合物混合。他们在称为“压延机”的轧机中加工这种干混合物。

该系统中的剪切力将整个分子链从粘合剂聚合物中撕下。这些“原纤维”与蜘蛛网中的电极颗粒连接。这为电极材料提供了稳定性。结果是柔性干电极材料层。在下一步骤中,压延机将100微米厚的薄膜直接层压到铝箔上,从而形成电池电极。

在去固态防火电池的路上

“通过这种方式,我们还能够为经典工艺失败的新一代电池加工材料,”Benjamin Schumm说。这些包括,例如,使用硫作为活性材料的能量存储系统或使用离子传导固体代替可燃液体电解质的固态电池。 “这些电池能够以与现有锂离子电池相同的体积储存更多的能量,”IWS科学家表示,未来将会如此。 “但是,这些固体电解质在与溶剂接触时会失去其功能特性。

无溶剂涂层工艺明显更适合生产这些存储介质。“在处理所有固态电池电极的过程中,研究人员通过使用极低粘合剂含量的干膜技术达到了一个重要的里程碑。他们最近在ScienceDirect上发布了他们的结果。

流程可以取代传统的粘贴流程

德累斯顿工程师现在的目标是与工业合作伙伴合作,以实现其突破。例如,在BMBF资助的“DryProTex”项目中,他们与Saueressig,INDEV,Netzsch Trockenmahltechnik和Broad-Bit Batteries公司一起进一步开发干转移涂层工艺。

合作伙伴期望电池生产发生根本变化:“从长远来看,该技术为替代传统的糊状电极生产工艺提供了巨大潜力,”Benjamin Schumm总结道。在DryProTex项目材料中,进行工艺和设备开发,目的是实现工业规模干阴极生产的工艺设计。

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