Немецкие исследователи создали более легкие и безопасные электроды для аккумуляторов

В немецком Институте электронно-лучевых и плазменных технологий имени Фраунгофера (Fraunhofer FEP) разработали новую технологию производства электродов для аккумуляторов, которая может существенно повлиять на будущее литий-ионных батарей. Речь идет о замене традиционных металлических носителей электродов на полимерные пленки, покрытые тонким слоем меди или алюминия

Новый подход позволяет уменьшить массу батареи без потери ее производительности

В обычных литий-ионных аккумуляторах электроды формируются путем нанесения активного материала (например, смеси лития, никеля, марганца и кобальта с полимерными связующими) на очень тонкую металлическую фольгу. Как правило, катоды производятся на основе алюминиевой фольги, а аноды — на медной. Эти фольги служат токосъемниками, которые проводят ток от активного слоя дальше в электрическую цепь. В то же время они добавляют батарее массы, а в случае внутреннего короткого замыкания могут способствовать перегреву

Уникальность новой технологии заключается в том, что исследователи из Дрездена сумели нанести слои меди или алюминия толщиной всего 1 микрометр с обеих сторон на полимерную пленку (в частности, на полиэтилентерефталат — PET). Этот процесс реализуется в формате roll-to-roll, то есть в непрерывном рулонном режиме, что позволяет масштабировать производство для промышленных нужд. Технология нанесения покрытия основана на электронно-лучевом испарении, что гарантирует точность и равномерность слоя. Исследователи подчеркивают, что пленки остаются ровными и гладкими — это критически важно для дальнейшего использования в аккумуляторном производстве

Результатами PolySafe-проекта, финансируемого Федеральным министерством образования и науки Германии (BMBF), стала не только успешная демонстрация технологии нанесения покрытия, но и изготовление функциональных аккумуляторных ячеек. Партнер проекта, Технический университет Брауншвейга, собрал тестовые образцы в формате pouch cells с новыми полимерно-металлическими токосъемниками. Все образцы прошли испытания на электрохимические характеристики и продемонстрировали уровень производительности, который не уступает традиционным решениям

Помимо меньшей массы, новые электроды обеспечивают более высокую энергетическую плотность батареи, ведь уменьшение веса токосъемников позволяет более эффективно использовать внутренний объем ячейки

Но еще более важным преимуществом является повышение безопасности: в случае короткого замыкания полимерный носитель расплавляется и разрывает цепь, блокируя дальнейший нагрев и уменьшая риск возгорания. Такого эффекта невозможно достичь для традиционной металлической фольги

Новый подход открывает новые возможности в производстве аккумуляторов не только для бытовой электроники, но и для электромобилей, где масса и безопасность батареи имеют критическое значение. Учитывая рост спроса на аккумуляторы с высокой энергоемкостью и устойчивостью к повреждениям, технология Fraunhofer FEP может стать основой для нового поколения батарей следующего десятилетия