Of het nu wordt gebruikt voor stroomvoorziening of in elektrische auto's, huidige batterijsystemen zijn gebaseerd op een reeks onderling verbonden individuele cellen, die bepaalde nadelen heeft in termen van efficiëntie en productie. Bipolaire batterijopstellingen, in tegenstelling tot, bestaan ​​uit compacte stapels van individuele cellen. Dankzij een nieuw type flexibele en extreem dunne bipolaire plaat kunnen batterijen kosteneffectief worden geproduceerd. Op de Hannover Messe Preview op 24 januari, 2019 (Hal 19) en de Hannover Messe zelf van 1 tot 5 april, 2019 (Hal 2, stand C22), onderzoekers van het Fraunhofer Instituut voor Milieu, Veiligheids- en energietechnologie UMSICHT presenteert de ontwikkeling van deze technologie.

Conventionele batterijsystemen zijn uiterst complex. Ze bestaan ​​meestal uit meerdere afzonderlijke cellen die via draden met elkaar zijn verbonden. Dit is niet alleen kostbaar en tijdrovend, het brengt ook het gevaar met zich mee van hotspots - gebieden waar de draden te heet worden. In aanvulling, elk van deze cellen moet worden verpakt, wat betekent dat een groot deel van de batterij bestaat uit inactief materiaal dat niet bijdraagt ​​aan de prestaties van de batterij. Bipolaire batterijen zijn ontworpen om dit probleem op te lossen door de afzonderlijke cellen met elkaar te verbinden door middel van platte bipolaire platen. Echter, dit geeft aanleiding tot andere uitdagingen:ofwel zijn de bipolaire platen gemaakt van metaal en dus vatbaar voor corrosie, of ze zijn gemaakt van een koolstof-polymeercomposiet, in dat geval moeten ze als gevolg van het fabricageproces minimaal enkele millimeters dik zijn.

Materiaalbesparing van meer dan 80 procent

Onderzoekers van het Fraunhofer Instituut voor Milieu, Veiligheid en energietechnologie UMSIHT in Oberhausen heeft nu een alternatief ontwikkeld. "Wij maken bipolaire platen van polymeren die elektrisch geleidend zijn gemaakt, " zegt Dr.-Ing. Anna Grevé, afdelingshoofd bij Fraunhofer UMSICHT. "Op deze manier, we kunnen zeer dunne platen produceren en - in vergelijking met conventionele cellen die met draden zijn verbonden - meer dan 80 procent van het gebruikte materiaal besparen."

In aanvulling, het materiaal biedt tal van andere voordelen, zoals het feit dat het niet corrodeert. Een ander groot voordeel is dat het materiaal achteraf kan worden omgevormd. Dit maakt het mogelijk, bijvoorbeeld, om structuren in reliëf te maken, die belangrijk zijn voor brandstofcellen. Bovendien, de innovatieve nieuwe bipolaire platen kunnen aan elkaar worden gelast, dus het resulterende batterijsysteem is absoluut strak. Conventionele bipolaire platen, in tegenstelling tot, zijn ongeschikt om te lassen vanwege de thermische en mechanische belasting van het materiaal tijdens de fabricage. Om ze zo met elkaar te verbinden dat er geen gassen of vloeistoffen door de voegen kunnen komen, zijn afdichtingen nodig. Echter, afdichtingen worden snel poreus, en ze nemen ook ruimte in beslag.

Een ander voordeel van het nieuwe materiaal is dat de onderzoekers de eigenschappen van de bipolaire platen kunnen aanpassen aan specifieke eisen. "We kunnen platen maken die zo flexibel zijn dat je ze om je vinger kunt wikkelen, evenals degenen die volledig stijf zijn, " geeft Greve aan.

Kosteneffectieve productie door roll-to-roll-techniek

De primaire uitdaging bestond uit het ontwikkelen van het materiaal en het fabricageproces. "We gebruiken in de handel verkrijgbare polymeren en grafiet, maar het geheim zit in het recept, ", zegt Grevé. Omdat het materiaal voor ongeveer 80 procent uit grafiet en slechts voor ongeveer 20 procent uit polymeer bestaat, de verwerkingsmethoden hebben weinig gemeen met de gewone polymeerverwerking. Het team van onderzoekers van Fraunhofer UMSICHT koos voor de roll-to-roll-techniek, die een kosteneffectieve productie mogelijk maakt, en aangepast met veel knowhow. Ten slotte, de ingrediënten die in de vervaardigde platen gaan, moeten homogeen worden verdeeld, en de platen moeten ook mechanisch stabiel en volledig dicht zijn. Door de oorspronkelijke structuur van de materialen, dit was geen gemakkelijke prestatie. Echter, de experts zijn ook deze uitdaging aangegaan. "We waren in staat om in één proces aan alle eisen te voldoen. de platen kunnen worden gebruikt zoals ze uit de machine komen, ", legt Grevé uit. Een ander voordeel van de techniek is dat de platen in elk formaat gemaakt kunnen worden.