Высокопроизводительная комбинация: аккумуляторы из кремния и серы

Сочетание высокой производительности: батареи из кремния и серы

Исследовательская группа из Института материаловедения Университета Кристиана - Альбрехта в городе Киль (CAU) разработала высокопроизводительные кремниевые аноды в сотрудничестве с Rena Technologies GmbH. В сочетании с серными катодами они достигают в два-три раза большей удельной энергии, сокращая время загрузки на 90% и уменьшая вес на 20%.

Наряду с электро - подвижностью новая аккумуляторная программа может быть интересна также для приложений в мобильной телефонии, судостроении, а также как стационарный буфер, например, для солнечных силовых и аэродинамических установок.

Благодаря особенно высокой плотности энергии кремния, электромобили могут преодолевать большие расстояния, возможно быстрее заряжать аккумуляторы от мобильных телефонов и при этом быть менее огнеопасными. "Однако до сих пор полупроводниковый материал был слишком чувствительным, чтобы его можно было использовать в больших масштабах в перезаряжаемых батареях", - говорит ученый, доктор материаловедческих наук Сандра Хансен (Sandra Hansen). Во время зарядки ионы лития движутся вперед и назад в батарее между анодом и катодом. Поскольку кремний может поглощать особенно большое количество ионов лития, он расширяется на 400% и в последующем разрушается.

В рамках проекта, финансируемого BMBF, исследовательская группа под руководством Hansen и RENA Technologies GmbH в настоящее время разрабатывает высокопроизводительные кремниевые аноды, серные катоды и концепцию их экономически эффективного промышленного производства. Преднамеренно структурируя его поверхность на микроуровне, они уже преуспели в производстве кремния в виде тонких проводов.

"В этой форме кремний может вести себя гораздо более гибко и выдерживать высокие нагрузки во время зарядки", - говорит Хансен. Но производство проводов было связано с высокими затратами. Для гораздо более дешевого решения без дополнительных технологических операций Hansen и Rena Technologies разработали аноды из высокопористого кремния, которые имеют аналогичный эффект и в настоящее время проходят испытания в первых полных камерах.

Кремниевые аноды от Kiel могут быть адаптированы к индивидуальным требованиям. Аналогом новой концепции батареи с катодом из серы является другой материал с очень высоким потенциалом хранения. Таким образом, потенциал накопления кремния полностью расходуется. И, катоды NMC (никель-марганец-кобальт) из классических литий - ионных систем также совместимы с разработанными кремниевыми анодами.

Благодаря сотрудничеству с промышленностью результаты исследований напрямую влияют на разработку новых травильных установок. "В настоящее время мы ищем других партнеров из промышленности и науки для совместной разработки батарей для индивидуальных применений", - говорит Хансен. "Для нас особенно интересны опыт и инфраструктура для систем сера-воздух, литий-сера, литий-воздух и литий-ионный электролит".

Как будущий руководитель лаборатории батарей, которая в настоящее время разрабатывается на инженерном факультете CAU доктор Хансен хочет модернизировать кремниевые аноды и серные катоды, чтобы сделать прототипы с учетом их потребностей.