A szuper akkumulátor vadászatán
A mai lítium-ion akkumulátorok túl kevés energiát tárolnak, túl sok erőforrást használnak fel, és még mindig nagyon drágák. A kutatók lázasan keresik az alternatívákat. Egy bonni tudós úgy véli, már elérte célját.
Ázsiától függ
A mai lítium-ion akkumulátorok termelési kapacitásának növelése azonban önmagában nem segíti elő a német autógyártókat. Csak táplálná az árháborút. Gazdasági szempontból csak annak a Gigafactory-nak van értelme, amelyben a nagy teljesítményű akkumulátorok teljesen új generációja gördül le a futószalagról. Persze, még mindig optimalizálhatja egy kicsit a lítium-ion akkumulátorokat. Például több lítiumot tároló elektródákkal. Vagy elektrolitokkal, amelyek jobban vezetik a lítiumot. Kifinomultabb architektúrákon keresztül is, maximálisan tároló anyaggal és minimális csomagolással körülötte. Az anód, az elem pozitív pólusának fejlesztése is segíthet. De mindez csak apró lépésekkel haladja meg a technológiát.
Útban a szilárdtest-akkumulátor felé
Egy másik támadási pont: az elektrolit - az a folyadék, amelyben a lítiumionok az egyik elektródtól a másikig úsznak. "Eddig a gyártók szerves folyadékokat használtak" - mondja Franziska Klein, a német akkumulátorkutatás másik nehézsúlyú Helmholtz Institute Ulm (HIU) vegyésze. „De könnyen megégnek.” A tudósok ezért kevésbé érzékeny anyagokkal - például porított kerámiából készült szilárd elektrolitokkal - akarják helyettesíteni a folyadékokat. De az ionok számára kimerítő, hogy átkísérje a szilárd anyagot.
A 64 éves Günther Hambitzer ezért más utat választ - a bonni feltaláló és a Witten/Herdecke Egyetem fizikai kémiai docense egy szervetlen elektrolitra támaszkodik, amelyet 30 év alapkutatása során fejlesztett ki (ideértve az USA-ból származó akkumulátor-rendszert is katonai alkalmazások) vagy jobban mondva: leleplezte. A rögzített ionvezető, amelyre a közelmúltban szabadalmi bejelentést kért, nem gyúlékony és mélykisülésálló, nem öregszik, ezért alapja lehet egy olyan akkumulátornak, amely gyakorlatilag örökké tart, nem tartalmaz kobaltot és más kritikus anyagokat, és gyártása is olcsó. A duisburgi Üzemanyagcellás Technológiai Központtal (ZBT) együtt, valamint a Steag és az IBM támogatásával többek között a Hambitzer és két partnere által alapított High Performance Battery Technology (HPBT) GmbH az elkövetkező 18 hónapban tervezi első prototípusainak gyártását Rajna-vidéken. új szilárdtest-akkumulátorokat állít elő, amelyeket majd puffertárolóként használnak demonstrációs célokra egy önellátó projektben Ausztriában.
30 000 töltési ciklus
Az EDISON-nak adott interjúban Sebastian Heinz „zseniális vonásként” írja le Hambitzer felfedezését, amelyre az új tárolási technológia épül. A korábbi távközlési vezető felelős a vállalati stratégiáért és a találmány marketingjéért a HPTB-nél - maga Hambitzer is túl sok technikus, és ráadásul az elmúlt tíz évben keserű tapasztalatokkal rendelkezett az intézményi befektetőkkel kapcsolatban, ami először vita, majd csődöt eredményezett. A tudós ezért inkább a laboratóriumi munkára koncentrál ma.
2010-ben sikerült először olyan akkumulátorcellákat gyártania, amelyek "felülkerekedtek a belső ellenállás növekedése és a kapacitás csökkenése közötti összefüggésben", ami azt jelenti, hogy nem öregedtek jó német nyelven, és teljes tárolási kapacitással is rendelkeztek, több mint 30.000 töltési és kisütési ciklusig. "A mai szerves elektrolitot tartalmazó lítium-ion sejtek életük végét általában 3000 töltési ciklus után érik el" - hangsúlyozza Hambitzer a különbséget egy interjúban. A folyamatosan csökkenő teljesítmény annak a ténynek köszönhető, hogy a sejtben a jelentős sóképződéssel járó elektrokémiai folyamatok során olyan anyag jön létre, amely az elektródákhoz tapad és így növeli a belső ellenállást. Az ionvezetők elektromos vezetőképessége e fölé csökken. Végül a cella összeomlik.
Saját szavai szerint Hambitzernek sikerült megfejteni az öregedési folyamatot, de azonosítani és izolálni azt az anyagot is, amely az eredeti elektrolit öregedési folyamata során keletkezik. További kísérleteiben megállapította, hogy ez az anyag nagyon jó rögzített ion vezető, amely ha közvetlenül a sejtbe kerül, megakadályozza a sóképződést és ezáltal az öregedést. Hambitzer: "Ez volt az áttörés". És a szép dolog benne: „A recept egyszerű. És a koktél összes hozzávalóját a gyógyszertárban szerezheti be ”- mondja Thomas Lützerath örömmel partner, aki korábban többek között a VW e-Golf és a Renault Twizy motorjait is fejlesztette. Sem ritkaföldfémekre, sem aranyra vagy kobaltra nincs szükség az új elemtípushoz. Részletek? Még mindig üzleti titok.
Nagy tárolórendszerek az energiaátmenethez
A bonni csapatnak azonban még van némi munkája a sorozatgyártás előtt. Hambitzer becslései szerint az új, 1,4 amper órás kapacitású cellatípus első mintája nyár elején készen állhat, ha minden a tervek szerint alakul. De az ipari partnerekkel együtt szeretnék tökéletesíteni az akkumulátor ipari gyártását és tovább növelni a cella tárolókapacitását annak érdekében, hogy 18 hónap alatt bemutathassanak egy 50 millió amperórás kapacitású preindusztriális prototípust. Ennek érdekében a Szövetségi Gazdasági Minisztérium jelenleg próbál finanszírozást kapni az „Innovációk az energiaátmenethez” kutatási programból - számol be Heinz.
Mivel a szilárdtest-akkumulátor lehetőséget nyújt a szélturbinák és a fotovoltaikus cellák segítségével keletkező zöld villamos energia tárolására, amikor a túlkínálat miatt az elektromos hálózat jelenleg foglalt. A puffer és az otthoni tárolás az első alkalmazási területe Hambitzer számára, máris nagy konténeres formátumú tárolóegységeket tart szem előtt, 14 000 akkumulátorcellás csomag 2 megawattórás tárolókapacitással: „Csak az akkumulátortechnikánk pozitív tulajdonságainak speciális kombinációja teszi lehetővé az ilyen felhasználást, ami kiváló energiahatékonyságot eredményez magas gazdasági hatékonyságú és jobb ökológiai egyensúlyú elektrokémiai akkumulátor tárolás. "
Az autóiparnak várnia kell
És mit hoz belőle az autóipar? Eleinte semmi. Hambitzer szilárd cellákat mobil használatra csak körülbelül három év múlva lát. "Az elektromobilitás jelenleg nagyon érzelmi téma - de a nagyteljesítményű tárolás iránti igény és az ipari igény az energiaátállás miatt jelenleg sokkal nagyobb." De ha egy autógyártó vagy szállító nem akar ennyit várni -, a bonni székhelyű vállalat nyitott lenne az engedélyes gyártásra is.