Німецькі дослідники створили легші та безпечніші електроди для акумуляторів

У німецькому Інституті електронно-променевих та плазмових технологій імені Фраунгофера (Fraunhofer FEP) розробили нову технологію виробництва електродів для акумуляторів, яка може суттєво вплинути на майбутнє літій-іонних батарей. Йдеться про заміну традиційних металевих носіїв електродів на полімерні плівки, покриті тонким шаром міді або алюмінію 

Новий підхід дозволяє зменшити масу батареї без втрати її продуктивності 

У звичайних літій-іонних акумуляторах електроди формуються шляхом нанесення активного матеріалу (наприклад, суміші літію, нікелю, марганцю та кобальту з полімерними зв’язуючими) на дуже тонку металеву фольгу. Як правило, катоди виробляються на основі алюмінієвої фольги, а аноди — на мідній. Ці фольги слугують струмознімачами, які проводять струм від активного шару далі в електричне коло. Водночас вони додають батареї маси, а у разі внутрішнього короткого замикання можуть сприяти перегріву

Унікальність нової технології полягає в тому, що дослідники з Дрездена зуміли нанести шари міді або алюмінію товщиною всього 1 мікрометр з обох боків на полімерну плівку (зокрема, на поліетилентерефталат — PET). Цей процес реалізується у форматі roll-to-roll, тобто в безперервному рулонному режимі, що дозволяє масштабувати виробництво для промислових потреб. Технологія нанесення покриття базується на електронно-променевому випаровуванні, яка гарантує точність і рівномірність шару. Дослідники підкреслюють, що плівки залишаються рівними та гладкими — це критично важливо для подальшого використання в акумуляторному виробництві

Результатами PolySafe-проєкту, який фінансується Федеральним міністерством освіти і науки Німеччини (BMBF), стала не лише успішна демонстрація технології нанесення покриття, а й виготовлення функціональних акумуляторних комірок. Партнер проєкту, Технічний університет Брауншвейга, зібрав тестові зразки у форматі pouch cells із новими полімерно-металевими струмознімачами. Усі зразки пройшли випробування на електрохімічні характеристики та продемонстрували рівень продуктивності, який не поступається традиційним рішенням

Окрім меншої маси, нові електроди забезпечують вищу енергетичну щільність батареї, адже зменшення ваги струмознімачів дозволяє ефективніше використовувати внутрішній об’єм комірки 

Але ще важливішою перевагою є підвищення безпеки: у разі короткого замикання полімерний носій розплавляється і розриває ланцюг, блокуючи подальше нагрівання й зменшуючи ризик займання. Такого ефекту неможливо досягти для традиційної металевої фольги

Новий підхід відкриває нові можливості у виробництві акумуляторів не лише для побутової електроніки, а й для електромобілів, де маса та безпека батареї мають критичне значення. З огляду на зростання попиту на акумулятори з високою енергоємністю та стійкістю до пошкоджень, технологія Fraunhofer FEP може стати основою для нової генерації батарей наступного десятиліття