Výskum Fraunhoferovho inštitútu v oblasti batérií

Redoxné prietokové batérie sú ideálne na skladovanie veľkého množstva obnoviteľnej energie, ale pre masový trh boli vždy príliš drahé. Vedci z Fraunhoferovho inštitútu pre environmentálnu, bezpečnostnú a energetickú technológiu (UMSICHT) v Nemecku teraz úplne prepracovali srdce redoxnej prietokovej batérie – zásobník – a priniesli výrazné zníženie spotreby materiálu a nákladov. Ich úsilie im prinieslo cenu Josepha von Fraunhofera.

Slnko a vietor nemožno regulovať, aby uspokojili našu potrebu energie, a preto je potrebné uchovávať premenlivú obnoviteľnú energiu, kým sa nevyužije. Jedným zo spôsobov, ako to dosiahnuť, sú redoxné batérie. Ponúkajú stabilitu cyklu – to znamená, že sa ich kapacita po tisícoch cyklov znateľne neznižuje – a nie sú horľavé a ich výkon a kapacita môžu byť navrhnuté tak, aby uspokojili dopyt. Okrem toho nepoužívajú žiadne kritické materiály a ich elektrolyty sa môžu úplne regenerovať. To znamená, že pre masový trh boli vždy jednoducho príliš drahé.

Lacný, ľahký a kompaktný

Vedci z Fraunhoferho inštitútu teraz vyvinuli dlhodobé riešenie tohto problému: Vynašli nový spôsob výroby centrálneho, elektricky vodivého plastu, ktorý zostáva pružný a dá sa zvárať. Tento nový proces má významný vplyv na redox prietokové batérie. Ako uviedol profesor Christian Doetsch: „Vyvinutý zásobník, ktorý je srdcom každej redoxnej prietokovej batérie, je o 40 % nákladovo efektívnejší, pokiaľ ide o náklady na materiál. Výrazne sa znížili aj výrobné náklady. Zásobník váži o 80 % menej ako bežný zásobník a je len asi o polovicu menší.“ Zásobník je uvedený na trh prostredníctvom spin-off Volterion. Christian Doetsch a Lukas Kopietz z Fraunhoferovho inštitútu a Dr. Thorsten Seipp z Volterion získali za tento vývoj Cenu Josepha von Fraunhofera. Porota vysvetlila dôvody svojho rozhodnutia a uviedla „spin-off a úspešné odčlenenie z Fraunhoferovho inštitútu, ktorý slúži ako prototyp marketingu nových výrobných technológií.“

Zásobníky zvyčajne pozostávajú zo 160 naskladaných komponentov, ktoré sú spolu spojené veľkým počtom skrutiek a pevných kovových dosiek a utesnené početnými tesneniami. Niektoré z týchto komponentov sú lisované vstrekovaním, čo znamená, že sú krehké ako tuha v dôsledku vysokého tlaku a teplôt potrebných pri procese vstrekovania. Aby sa tomuto problému vyhlo, použil tím vedcov podobné základné materiály – grafit a sadze -, ale pristupovali k procesu veľmi odlišným spôsobom: Plast vo forme peliet sa ochladí na teplotu až mínus 80 stupňov, potom sa rozomelie na prášok a zmieša sa s 80 hmotnostnými percentami grafitu. Tím výskumníkov posiela tento prášok cez systém pozostávajúci z niekoľkých valcov zahriatych na rôzne teploty a pohybujúcich sa rôznymi rýchlosťami. Prášok sa krátko roztaví medzi valcami pri miernych teplotách a nízkom tlaku. Potom sa miesi, zroluje na „nekonečný plát“ a nakoniec sa zroluje. Ako vysvetlil Lukas Kopietz: „Vďaka tomu má nový materiál termoplastické vlastnosti, je tak pružný a dá sa zvárať, aj keď iba 20 % z neho tvorí plast.“ Zásobník nepoužíva vôbec žiadne tesnenie a dokonca ani nie sú potrebné ani skrutky – bunky sú jednoducho navzájom zvarené. Ďalšou výhodou metódy je, že výroba bipolárnych platní nie je jednoducho rýchlejšia a nákladovo efektívnejšia – neexistujú ani žiadne obmedzenia veľkosti. Bez problémov sa dajú vyrobiť bipolárne platne do veľkosti niekoľkých metrov štvorcových.

Implementované až po batériu vo Volterion

Druhým krokom, ktorý bol rozhodujúci, pretože tiež znižuje náklady, bol vývoj kontinuálneho výrobného procesu: proces práškového valcovania, v ktorom je možné bipolárne platne vyrábať ako nekonečný valec. Týmto spôsobom sa dajú vyrobiť veľmi tenké platne. V procese vstrekovania je hrúbka dosky obmedzená na niekoľko milimetrov kvôli spôsobu výroby, ale pri procese práškovania na valček môže byť medzi 0,1 a 0,4 milimetra. To znamená, že je potrebných oveľa menej materiálu, čo znižuje cenu a umožňuje výrobu ľahších a kompaktnejších zásobníkov. Ako dodal Thorsten Seipp: „To otvára úplne nové možnosti v dizajne, ktoré sme implementovali až do úplnej batérie vo Volterione.“ Volterion už postavil a predal viac ako tisíc zásobníkov.

Viac informácií: