В зависимости от модели электромобили оснащены от сотен до тысяч отдельных аккумуляторных ячеек. Каждый из них окружен корпусом, подключен к автомобилю через клеммы и кабели и контролируется датчиками. Корпус и контакты занимают более 50 процентов площади.
Следовательно, клетки не могут быть плотно упакованы вместе, как это предпочтительно. Сложный дизайн крадет пространство. Еще одна проблема: электрические сопротивления, которые уменьшают мощность, возникают на соединениях небольших элементов.
Больше места для батарейПод торговой маркой EMBATT Институт керамических технологий и систем IKTS им. Фраунгофера в Дрездене и его партнеры перенесли биполярный принцип, известный от топливных элементов, на литиевые батареи. При таком подходе отдельные аккумуляторные элементы не нанизываются отдельно друг от друга небольшими секциями; вместо этого они располагаются друг над другом на большой площади.
Таким образом исключается вся конструкция корпуса и контакта. В результате в автомобиль помещается больше аккумуляторов. Благодаря прямому соединению ячеек в стопке ток течет по всей поверхности батареи.
Тем самым значительно снижается электрическое сопротивление. Электроды батареи предназначены для очень быстрого высвобождения и поглощения энергии. «С нашей новой концепцией упаковки мы надеемся увеличить ассортимент электромобилей в среднесрочной перспективе до 1000 километров», — говорит д-р Марейке Вольтер, руководитель проекта Fraunhofer IKTS.
Подход уже работает в лаборатории. Партнерами являются ThyssenKrupp System Engineering и IAV Automotive Engineering.
Керамические материалы хранят энергиюСамым важным компонентом батареи является биполярный электрод — металлическая лента, покрытая с обеих сторон керамическими накопительными материалами. В результате одна сторона становится анодом, другая — катодом. Являясь сердцем аккумулятора, он хранит энергию. «Мы используем наш опыт в керамических технологиях, чтобы спроектировать электроды таким образом, чтобы они занимали как можно меньше места, экономили много энергии, были просты в производстве и имели долгий срок службы», — говорит Уолтер.
Керамические материалы используются в виде порошков. Ученые смешивают их с полимерами и электропроводящими материалами, чтобы сформировать суспензию. «Эта формула должна быть специально разработана — адаптирована для передней и задней стороны ленты соответственно», — поясняет Вольтер.
Fraunhofer IKTS наносит суспензию на ленту в рулонном режиме. «Одна из основных задач нашего института — адаптировать керамические материалы из лаборатории к экспериментальному масштабу и надежно воспроизвести их», — говорит Вольтер, описывая опыт дрезденских ученых. Следующим запланированным шагом станет разработка аккумуляторных батарей большего размера и их установка в электромобили.
Партнеры планируют провести первые испытания автомобилей к 2020 году.