Новый подход к изготовлению электродов может сделать производство аккумуляторов менее занимающим место и более энергоэффективным.
Идея батарей состоит в том, чтобы сделать планету более зеленой, но все они начинают свою жизнь как энергоемкие экологические обязательства. Ученым-исследователям SINTEF удалось сделать батареи дешевле и проще, используя процесс, требующий гораздо меньшего энергопотребления.
«Это новый подход к производству аккумуляторных электродов », — говорит исследователь Тор Олав Сунде из SINTEF.
В 2019 году Tesla заплатила около 2 миллиардов норвежских крон американской компании Maxwell Technologies только за то, чтобы получить в свои руки аналогичную технологию, известную в отрасли как электроды сухой обработки.
Как скажет вам Сунде, электроды — это сердце любой батареи. Они изготовлены из металлической фольги с тонким покрытием из активных химических материалов. Электроны текут как электричество, когда ионы перемещаются от одного электрода к другому. Батареи можно использовать везде, от фонариков до телефонов и автомобилей, а также в качестве основных компонентов энергетических систем, используемых для балансировки сети.
Энергоемкий и энергоемкий производственный процесс
Проблема в том, что производство электродов требует много энергии и занимает много места. Процесс также опасен как для людей, так и для окружающей среды.
«Материал активного электрода, через который проходят ионы, должен быть смешан с добавками», — объясняет Тор Олав Сунде. «Это необходимо для обеспечения того, чтобы электроды соединялись друг с другом и проводили электричество», — говорит он.
Сунде сравнивает процесс с приготовлением блинов. А также мука, сахар нужен по вкусу, и яйца, чтобы блины скрепились. Молоко добавляется, чтобы убедиться, что все ингредиенты смешаны вместе.
Тот же принцип применяется при изготовлении электродов. Чтобы смешать активные химические материалы с добавками, все они перемешиваются вместе с растворителем для получения влажной массы, которая затем наносится на металлическую фольгу. Перед сборкой батареи необходимо удалить растворитель, что делается путем сушки электрода.
Экологически опасные растворители требуют дорогого HSE
«Этот процесс требует много энергии, и более одной трети энергии, необходимой для изготовления батареи, может быть направлено на этот процесс сушки», — говорит Сунде.
«Так что эта система с сухими батареями может быть мокрой мечтой Илона Маска», — добавляет он.
Для удаления всех растворителей требуются не только большие объемы энергии, но и процесс требует много места. Сушильные печи, используемые для получения полностью сухих электродов, должны иметь длину в несколько десятков метров. Процесс также требует времени, потому что материал электрода должен быть высушен однородным и контролируемым образом, чтобы предотвратить его растрескивание.
«Более того, обычно используемые растворители могут быть очень неприятными», — говорит Сунде. «Они токсичны для людей и опасны для окружающей среды. Вам нужны массивные системы и оборудование, чтобы восстановить их и предотвратить выброс. дорого», — говорит Сунде.
Переход на «сухую переработку»
И так — к решению. Компания Sunde готова предоставить неопровержимые факты о производстве сухой обработки.
«Мы просто проводим процесс смешивания без использования растворителей. Активный материал и добавки смешиваются всухую», — говорит он.
Наиболее сложным аспектом является изготовление тонкого электродного покрытия. Это то, что SINTEF исследует сейчас. Вы не можете просто смешать несколько сырых веществ вместе и надеяться, что все будет хорошо. Если бы все было так просто, кто-нибудь давно бы узнал.
«Теперь мы протестировали несколько различных способов сделать это и многое узнали о том, что работает, а что нет», — говорит Сунде. «Нам также нужны тепло и давление. Мы должны работать с температурой и давлением, чтобы придать электроду правильные свойства», — говорит он.
Энергоэффективность имеет ключевое значение
Осторожно, спойлеры! Исследователям это удалось.
«Электроды, которые мы сделали до сих пор, выглядят очень хорошо», — говорит Сунде. «Когда мы тестируем их в батареях, оказывается, что они работают так же хорошо, как те, которые сделаны с использованием растворителей. «Мы делаем отличные блины без молока!», — говорит он.
Результат означает значительную экономию энергии и экономию. Есть некоторый путь, прежде чем достичь конечной цели, которая состоит в том, чтобы сделать большие заводы по производству аккумуляторов менее энергозатратными и более экологичными. Тем временем SINTEF удалось добиться мелкомасштабной сухой обработки в лаборатории. Тем не менее, прежде чем процесс можно будет индустриализировать, требуется дополнительная работа — как с точки зрения качества, так и с точки зрения масштабов производства.
«Но у нас есть первые результаты, и мы продемонстрировали, что процесс работает», — говорит Тор Олав Сунде.
Теперь он ищет возможности для развития технологии.
В настоящее время исследователи находятся в процессе получения своих прав на интеллектуальную собственность и патентования. Когда все это будет завершено, следующим этапом станет научная публикация.
