Дослідники з Інституту сонячних енергетичних систем Фраунгофера (Fraunhofer ISE) у межах проєкту «StrOboBatt» успішно випробували акумуляторні елементи pouch-формату ємністю 25 А·год із високим вмістом кремнію в аноді. Нові елементи витримали понад 1000 повних циклів заряджання та розряджання, зберігши при цьому понад 83 відсотки початкової ємності. Зазначимо, що проходження 1000 циклів із залишковою ємністю щонайменше 80 відсотків вважається мінімальною вимогою для комерційного застосування технології.
Головною перешкодою для масового впровадження кремнію в автомобільні батареї раніше було його властивість розширюватися під час заряджання майже на 300 відсотків через поглинання іонів літію. Через це виникає значний механічний тиск, руйнуються електричні контакти всередині електроду та прискорюється деградація електроліту. Для розв’язання цієї проблеми вчені з Fraunhofer ISE використали кремнієво-вуглецевий композит, який становить 51 відсоток активного матеріалу анода. Такий анод у поєднанні з нікелевим катодом виготовили на пілотній лінії промислового масштабу.
Під час лабораторних випробувань прототипи батарей піддавали осьовому тиску в 1000 кілопаскалів (близько 10 бар) під час циклів роботи. Завдяки цьому контакт у електродах залишався стабільним, тоді як за нижчого тиску в 300 кілопаскалів корисна ємність знижувалася набагато швидше. Окрім того, тести в умовах, наближених до реальних, показали швидше падіння ємності за високих рівнів потужності, що доведеться враховувати сучасним системам керування батареями електромобілів.
Протестовані елементи продемонстрували гравіметричну енергетичну щільність на рівні 280 Вт·год/кг. За словами фахівців Fraunhofer ISE, оптимізоване масове виробництво на заводах зможе підвищити цей показник до приблизно 330 Вт·год/кг. Це забезпечить збільшення енергетичної щільності на 20–35 відсотків порівняно з нинішніми акумуляторами типу NMC та NCA і майже вдвічі перевищить показники батарей LFP.
На практиці це дозволить електромобілям масою звичайної батареї перевозити приблизно 100 кВт·год енергії замість нинішніх 75 кВт·год. Як наслідок, реальний запас ходу середньорозмірного легкового транспорту може зрости з 450 кілометрів до понад 600 кілометрів. Окрім того, перехід на силіконові композити відкриває стратегічні переваги для європейського ринку, оскільки дозволить частково відмовитися від імпорту графіту з інших регіонів на користь синтетичного сировинного виробництва в Європі.
Джерела: electrive.com
