Немецкие учёные представили новую технологию производства кремниевых анодов на основе волокон, которая позволит увеличить энергоёмкость литий-ионных (Li-ion) аккумуляторов до 250%. Разработка Центра исследований солнечной энергии и водорода Баден-Вюртемберг (ZSW) может значительно улучшить характеристики батарей для электромобилей, бытовой электроники и накопителей энергии из возобновляемых источников.
В рамках проекта FACILE, объединившего региональных партнёров, исследователи предложили использовать гибкие электропроводящие нетканые материалы в качестве основы для кремниевых анодов. Традиционно в литий-ионных аккумуляторах применяются графитовые аноды, способные запасать около 370 мАч лития на грамм. Теоретическая ёмкость кремния (Si) составляет 4200 мАч на грамм, что более чем в 10 раз превышает ёмкость графита. Однако, при поглощении лития кремний расширяется до 300%, что приводит к растрескиванию и выходу аккумулятора из строя.
Новая конструкция анода позволяет компенсировать изменения объёма кремния, предотвращая растрескивание и расслоение материала в процессе зарядки и разрядки. По словам руководителя ZSW Маркуса Хёльцле (Markus Holzle), цель проекта – достичь производства аккумуляторов ёмкостью не менее 1000 мАч на грамм, что увеличит фактическую энергоёмкость анода минимум на 250%.
Команда ZSW уже начала интеграцию новых анодов в небольшие тестовые ячейки для оценки их характеристик. Следующим этапом станет анализ, совершенствование и масштабирование процессов производства больших аккумуляторных ячеек, используемых в электромобилях. Благодаря наличию нескольких пилотных производственных линий и системы, способной производить литий-ионные ячейки ёмкостью 100 ампер-часов (Ач), институт имеет все возможности для ускорения разработки.
Разработанные кремниевые аноды на основе волокон позволят создавать более лёгкие аккумуляторные блоки для электромобилей с увеличенным запасом хода и более экологичным производством.