Исследователи из Технологического института Карлсруэ (KIT) разработали и успешно применили инновационную концепцию одновременного покрытия и сушки двухслойных электродов. Это должно значительно ускорить производство аккумуляторов, сообщает electrive.com.

По словам KIT, процесс, разработанный исследовательской группой по технологии тонких пленок (TFT), может сократить время сушки до менее 20 секунд. Это означает сокращение времени производства от половины до одной трети времени, которое требуется при использовании существующих методов, что в конечном итоге ускоряет и удешевляет производство литий-ионных аккумуляторов.

Однако это все еще влажный химический процесс: активные материалы смешиваются в форме порошка и перемешиваются со связующим веществом и растворителями для образования пасты ("суспензии"). Затем эту пасту тонко наносят на несущую среду, обычно на алюминиевую фольгу, и сушат в печи для испарения растворителя и затвердевания покрытия.

Сушка обычно занимает около одной минуты, поэтому при производственной скорости 100 метров в минуту требуется соответственно большое расстояние сушки. Объединив этапы процесса нанесения покрытия и сушки, исследовательской группе KIT удалось разработать одновременную концепцию. TFT представила результаты в журнале Energy Technology; Публикацией руководила Яна Кумберг, аспирантка KIT.

В частности, концепция одновременного использования использует разные активные материалы для отдельных слоев и применяет их одновременно. Один слой отвечает за адгезию, другой - за удельную емкость. Такая структура слоев - примерно разделенная на одну треть и две трети - позволяет производить продукцию «с чрезвычайно высокой скоростью сушки, а время сушки сокращается до одной трети», - считают исследователи.

Компания BASF также участвует в проекте и описывает процесс следующим образом: "Тонкий слой грунтовки под анодом может помочь улучшить адгезию. Это может снизить общее содержание связующего в пасте активного материала при нанесении покрытия на электроды, что приведет к более высокой плотности энергии".

"Наша работа показывает, что, в принципе, мы освоили все этапы процесса, чтобы производить аккумуляторы быстрее и, следовательно, с меньшими затратами в будущем без ущерба для качества", - говорит профессор Вильгельм Шабель. Более того, несмотря на сокращенное время сушки, не происходит потери емкости и, следовательно, заряда батареи, даже при так называемых циклах 3C, то есть с быстрой зарядкой за 20 минут.

В своем исследовании ученые применили различные активные материалы в слоях анода, распределенных по толщине. Различные свойства были специфически распределены в электродных слоях. В результате электроды должны быть адаптированы и демонстрировать улучшенные механические, а также электрохимические свойства. "Мы достигли многообещающих первоначальных результатов", - говорит Шабель. "Теперь нам нужно продолжить исследования по промышленной реализации".

В настоящее время группа работает над различными способами расширения концепции одновременной работы. С этой целью они тестируют чисто конвективную сушку с использованием высокопроизводительных форсунок и модулей лазерной сушки. "Наши исследования показывают, что в принципе возможно увеличение темпов производства аккумуляторов на 200–300 процентов в будущем", - объясняет Шабель.

Федеральное министерство образования и исследований Германии (BMBF) финансирует исследования на сумму более пяти миллионов евро в рамках различных исследовательских кластерных проектов.

Подготовил: Сергей Дага