Az akkumulátorok az elektromobilitás ütemezői

A akkumulátor kulcsfontosságú összetevő az elektromos autó gyártásában. Energiaszolgáltatóként az az alkatrész, amely meghatározza mind az elektromos autó hatótávolságát, mind pedig költségeit. A jelenlegi elektromos autók lítium-ion technológián alapulnak – szakértők szerint ez a közeljövőben sem lesz kiváltható. A akkumulátorrendszer értékének 60-80 százalékát a cellák határozzák meg. A lítium-ion akkumulátorok élettartama, biztonsága, költségei és teljesítőképessége ezért a kutatás középpontjában áll az elektromobilitás területén.

A Berlin Műszaki Egyetem (TU Berlin) partnere a németországi Lithium-ion Akkumulátor Kompetenciahálózatnak (KLIB, http://www.klib-org.de/home/), és több szakterület intenzíven foglalkozik az akkumulátor különböző aspektusaival. Így a Kezelési és Összeszerelési Technológia szakterület része a BMBF által támogatott Nagy Kompetencia Klaszternek az akkumulátorcella gyártásában – „ProZell” (https://www.prozell-cluster.de/). A második finanszírozási szakasz nyitóeseménye ennek a kutatási csoportnak 2019. november 13-14-én volt a TU Berlinen. A klaszterben országszerte 26 kutatóintézet és egyetem vesz részt 14 helyszínen. Több mint 100 tudós dolgozik tizenkét támogatott projektben az akkumulátorcella gyártás témakörében. A klaszter célja a BMBF „Kutatógyár Akkumulátor” koncepció keretében a gyártási folyamatlépések fejlesztése, különösen a cella teljesítményének, költségének és környezeti hatásának javítása, valamint a digitalizáció és az újrahasznosítás révén az érték- és anyagkörök intelligens zárása.

Gyorsabb gyártási folyamatok

„A TU Berlin „HoLiB – Nagyteljesítményű eljárások lítium-ion akkumulátorok gyártásában” című projektjében egy újszerű, nagysebességű eljárást fejlesztünk. Számos összekapcsolt hatást vizsgálunk, hogy megértsük az összefüggéseket és optimalizáljuk a folyamat határait” – magyarázza Prof. Dr. Franz Dietrich, a szakterület vezetője, és hangsúlyozza a gyorsabb és költséghatékonyabb gyártási folyamatok potenciálját a magas teljesítményű akkumulátorok gazdasági és társadalmi elterjedésében a globális piacon.

A akkumulátorok élettartamának vizsgálata

Prof. Dr. Julia Kowal az akkumulátorok elektromos, hőmérsékleti és élettartam-modellezésével, valamint azok teljesítmény, hőviselkedés és öregedés jellemzésével foglalkozik. „A jövőben egyre könnyebb és kisebb akkumulátorokra lesz szükség, amelyek nagyobb kapacitással, hosszabb élettartammal és alacsonyabb árral rendelkeznek. Egy akkumulátorcella jellemzése, különösen a feszültség-, áram- és hőmérsékleti határértékek tekintetében, valamint a rendszertervezés, modellalkotás, szimuláció, cella diagnosztika és cella felügyelet kulcsfontosságúak a hatótávolság és az elektromos járművek élettartamának növelése érdekében” – mondja Julia Kowal, a TU Berlin Elektromos Energia Tárolási Technológia szakterületének vezetője. A Daimler AG, a Solfas GmbH és két másik TU Berlin szakterülettel közösen működő SiCWell nevű együttműködési projektben például a tudós vizsgálja a magas frekvenciájú kapcsolási műveletek, például az úgynevezett inverterek által generált hatások hatását az akkumulátorok élettartamára. „Az inverterek félvezető kapcsolások, amelyek magas frekvencián kapcsolódnak. A szilícium-karbid (SiC) félvezetőkre való áttéréssel ezek a kapcsolások kompaktabbak és hatékonyabbak lesznek, de magasabb kapcsolási frekvencián működnek. A hatásuk az akkumulátorok élettartamára eddig nem világos, és ezt vizsgáljuk ebben a projektben.”

Hibák keresése az elektródákban

A Kerámikus Anyagok Szakterületet Prof. Dr. Aleksander Gurlo vezeti, és az elektródák szintéziséhez kapcsolódó technikákkal és folyamatokkal foglalkozik. Ehhez speciális eljárásokat alkalmaznak, mint például a Tape Casting és a Freeze Casting. Szakterületének különleges kompetenciái közé tartozik az akkumulátormaterialok előkészítése és szárítása, valamint az elektródák vákuumos szárítása. „Egy aktuális kutatási projektben egy speciális elemzési módszert fejlesztünk, amellyel jellemzhetjük a lítium-ion akkumulátorok elektródáinak hibáit” – mondja Aleksander Gurlo. Csapata más projektekben is dolgozik teljesen új elektródamaterialokon. „Például a nanostrukturált wolframszulfid ígéretes elektródamaterialnak számít a lítium-ion akkumulátorok utáni időszakban. Ez magas elektrokémiai stabilitást mutat összehasonlítva más hagyományos anyagokkal” – mondja az anyagtudós.

Platforma az erőforrások áttekintéséhez

Prof. Dr. Vera Rotter, a TU Berlin Körforgásos Gazdaság és Újrahasznosítási Technológia tanszékének professzora a másik végéből közelíti meg az elektromobilitás témáját: az ő közreműködésével készült például a Horizon 2020 ProSUM projekt keretében az Urban mine platform: „Ezen az interaktív, nyilvánosan hozzáférhető online platformon összegyűjtöttük az összes fontos nyersanyagot, amelyeket Európában például autóakkumulátorokban, mobiltelefonokban vagy más termékekben használtak. Összesen mintegy 450 millió tonna anyagról van szó. Ez az áttekintés lehetővé teszi a gyártók, újrahasznosító cégek, szövetségek vagy politikusok számára, hogy felismerjék, mely nyersanyagok jelennek meg vagy várhatók Európában jelenleg vagy a jövőben. Ezáltal az újrahasznosító cégek jobban tervezhetik a jövőbeli hulladékáramlásokat, és a vállalkozók tudják, hol szerezhetnek bizonyos újrahasznosított nyersanyagokat Európán belül, hogy elkerüljék a környezetterhelő primer termelést” – mondja a professzorasszony.

További információk szívesen:

Prof. Dr.-Ing. Franz Dietrich
TU Berlin
Kezelési és Összeszerelési Technológia Szakterület
Telefon: 030/314-22014
E-mail: f.dietrich@tu-berlin.de

Prof. Dr.-Ing. Julia Kowal
TU Berlin
Elektromos Energia Tárolási Technológia Szakterület
Telefon: 030/314-25394
E-mail: julia.kowal@tu-berlin.de

Prof. Dr. Aleksander Gurlo
TU Berlin
Kerámikus Anyagok Szakterület
Telefon: 030/314-23425
E-mail: gurlo@ceramics.tu-berlin.de

Prof. Dr.-Ing. Vera Rotter
TU Berlin
Körforgásos Gazdaság és Újrahasznosítási Technológia Szakterület
Telefon: 030/314-28512
E-mail: vera.rotter@tu-berlin.de