Baterie jsou taktovky elektromobility

Baterie je klíčovou součástí při výrobě elektromobilu. Je jako zdroj energie součástí, která určuje jak dojezd, tak náklady elektromobilu. Současné elektromobily jsou založeny na lithio-iontové technologii – podle odborníků ji v dohledné době nelze nahradit. 60 až 80 procent hodnoty bateriového systému určuje bateriové články. Délka životnosti, bezpečnost, náklady a výkon lithium-iontových baterií jsou proto předmětem výzkumu v oblasti elektromobility.

Technická univerzita v Berlíně je partnerem celoněmecké sítě kompetencí pro lithium-iontové baterie (KLIB, http://www.klib-org.de/home/), a několik odborných oblastí se intenzivně zabývá různými aspekty baterií. Například oblast Manipulační a montážní techniky je součástí velkého klastru kompetencí financovaného BMBF zaměřeného na výrobu bateriových článků „ProZell“ (https://www.prozell-cluster.de/). Otevření druhé fáze financování tohoto výzkumného uskupení proběhlo 13./14. listopadu 2019 na TU v Berlíně. V rámci tohoto klastru se v Německu podílí 26 výzkumných institucí a vysokých škol na 14 místech. Více než 100 vědců v dvanácti financovaných projektech se zabývá tématem výroby bateriových článků. Cílem klastru v rámci koncepce BMBF „Výzkumná továrna baterie“ je zlepšení výrobních procesů bateriových článků s ohledem na výkon článků, náklady, ekologický dopad, digitalizaci a recyklaci pro inteligentní uzavření hodnotových a materiálových cyklů.

Rychlejší výrobní procesy

„V projektu TU Berlín ‚HoLiB – Vysoce průchodné metody ve výrobě lithium-iontových baterií‘ vyvíjíme novou vysoce rychlou metodu. Zkoumáme řadu propojených vlivů, abychom pochopili souvislosti a optimalizovali hranice procesu,“ vysvětluje vedoucí odborné oblasti Prof. Dr. Franz Dietrich a zdůrazňuje potenciál rychlejších a levnějších výrobních procesů pro ekonomické a společenské prosazení výkonných baterií na světovém trhu.

Životnost baterií na zkušebním stanovišti

Prof. Dr. Julia Kowal se zabývá elektrickým, tepelným a modelováním životnosti baterií, stejně jako jejich charakterizací z hlediska výkonu, tepelného chování a stárnutí. „V budoucnu budou potřeba stále lehčí a menší baterie s vyšší kapacitou, delší životností a nižší cenou. Charakterizace bateriového článku, pokud jde o napěťové, proudové a teplotní limity, stejně jako návrh systému, tvorba modelů, simulace, diagnostika článků a jejich sledování jsou klíčové pro zvýšení dojezdu a životnosti elektromobilů,“ říká Julia Kowal, vedoucí odborné oblasti Elektrické energetické úložiště na TU v Berlíně. Ve spolupráci s Daimler AG, Solfas GmbH a dvěma dalšími odbornými oblastmi TU v Berlíně zkoumá například vliv vysokofrekvenčních spínacích procesů, které jsou vytvářeny takzvanými měniči, na životnost baterií. „Měniče jsou obvody složené z polovodičových spínačů, které se spínají s vysokou frekvencí. Přechodem na polovodiče z karbidu křemíku (SiC) se obvody zmenšují a zvyšuje se jejich účinnost, avšak při vyšší spínací frekvenci. Dopad na životnost baterií zatím není jasný, a právě tento vliv zkoumáme v projektu.“

Odhalování defektů v elektrodách

Oblast keramických materiálů pod vedením Prof. Dr. Aleksandera Gurla se zabývá technikami a procesy syntézy elektrod. Používají se speciální metody, jako je například Tape Casting a Freeze Casting. Speciální odborné znalosti jeho oblasti spočívají v přípravě a sušení bateriových materiálů a vakuovém sušení elektrodových materiálů. „V aktuálním výzkumném projektu pracujeme na vývoji speciální analytické metody pro charakterizaci defektů v elektrodách lithium-iontových baterií,“ říká Aleksander Gurlo. V dalších projektech jeho tým zkoumá úplně nové materiály elektrod. „Například nanostrukturované wolfram disulfid je slibný materiál pro elektrody po lithium-iontových bateriích. Ve srovnání s jinými konvenčními materiály vykazuje vysokou elektrochemickou stabilitu,“ uvádí materiálový vědec.

Platforma poskytuje přehled o surovinách

Prof. Dr. Vera Rotter, profesorka cirkulární ekonomiky a recyklační technologie na TU v Berlíně, přistupuje k tématu elektromobility z jiného úhlu: díky její spolupráci vznikla například platforma Urban mine v rámci projektu Horizon 2020 ProSUM: „Na této interaktivní, veřejně přístupné online platformě je inventarizováno všechno důležité suroviny, které byly v Evropě například použity v automobilech, mobilech nebo jiných výrobcích. Celkově jde o přibližně 450 milionů tun materiálu. Tato přehledová mapa umožňuje výrobcům, recyklačním firmám, svazům nebo politikům zjistit, jaké suroviny jsou aktuálně nebo v budoucnu v Evropě dostupné nebo očekávané. To umožňuje recyklačním podnikům lépe plánovat budoucí odpadové toky a podnikatelům vědět, kde v Evropě lze získat určité recyklované suroviny, aby se předešlo environmentálně náročné primární výrobě,“ říká profesorka.

Další informace ráda poskytne:

Prof. Dr.-Ing. Franz Dietrich
TU Berlin
Obor Manipulační a montážní technika
Tel.: 030/314-22014
E-mail: f.dietrich@tu-berlin.de

Prof. Dr.-Ing. Julia Kowal
TU Berlin
Obor Elektrické energetické úložiště
Tel.: 030/314-25394
E-mail: julia.kowal@tu-berlin.de

Prof. Dr. Aleksander Gurlo
TU Berlin
Obor Keramické materiály
Tel.: 030/314-23425
E-mail: gurlo@ceramics.tu-berlin.de

Prof. Dr.-Ing Vera Rotter
TU Berlin
Obor Cirkulární ekonomika a recyklační technologie
Tel.: 030/314-28512
E-mail: vera.rotter@tu-berlin.de