În căutarea super-bateriei
Bateriile litiu-ion de astăzi stochează prea puțină energie, utilizează prea multe resurse și sunt încă foarte scumpe. Cercetătorii caută febril alternative. Un om de știință din Bonn crede că și-a atins deja scopul.
Depinde de Asia
Dar creșterea capacităților de producție pentru bateriile litiu-ion de astăzi singure nu va ajuta producătorii de automobile germani să iasă dintr-un loc restrâns. Ar alimenta doar războiul prețurilor. Din punct de vedere economic, are sens doar o Gigafactory, în care o generație complet nouă de baterii performante rulează de pe linia de asamblare. Sigur, puteți optimiza puțin bateriile litiu-ion. De exemplu, cu electrozi care stochează mai mult litiu. Sau cu electroliți, care conduc mai bine litiul. De asemenea, prin arhitecturi mai sofisticate, cu un maxim de material de depozitare și un minim de ambalaje în jurul acestuia. Îmbunătățirile aduse anodului, polul pozitiv al unei baterii, ar putea ajuta, de asemenea. Dar toate acestea avansează tehnologia doar în pași mici.
În drum spre bateria solid-state
Un alt punct de atac: electrolitul - lichidul în care ionii de litiu înoată de la un electrod la altul. „Până în prezent, producătorii foloseau lichide organice”, spune Franziska Klein, chimist la Institutul Helmholtz Ulm (HIU), un alt instrument greu în cercetarea germană a bateriilor. „Dar ard ușor.” Oamenii de știință doresc, prin urmare, să înlocuiască lichidele cu substanțe mai puțin sensibile - precum electroliții solizi din ceramică sub formă de pulbere. Dar este obositor ca ionii să șerbească prin materialul solid.
Günther Hambitzer, în vârstă de 64 de ani, ia o cale diferită - inventatorul din Bonn și profesor asociat de chimie fizică la Universitatea din Witten/Herdecke se bazează pe un electrolit anorganic pe care l-a dezvoltat de-a lungul a 30 de ani de cercetare de bază (inclusiv pentru un sistem de baterii din SUA pentru aplicații militare) sau mai bine spus: demascat. Conductorul de ioni fix, pentru care a solicitat recent un brevet, este neinflamabil și rezistent la descărcare profundă, nu îmbătrânește și ar putea fi, așadar, baza unei baterii care durează practic pentru totdeauna, nu conține cobalt și alte substanțe critice și este, de asemenea, ieftin de fabricat. Împreună cu Centrul pentru Tehnologia Pilei de Combustibil (ZBT) din Duisburg și cu sprijinul Steag și IBM, printre altele, High Performance Battery Technology (HPBT) GmbH, fondată de Hambitzer și doi parteneri, intenționează să producă primele sale prototipuri în Renania în următoarele 18 luni produce noi baterii în stare solidă, care vor fi apoi utilizate ca stocare tampon în scopuri demonstrative într-un proiect de autosuficiență din Austria.
30.000 de cicluri de încărcare
Într-un interviu acordat EDISON, Sebastian Heinz descrie descoperirea lui Hambitzer, pe care se bazează noua tehnologie de stocare, ca o „lovitură de geniu”. Fostul manager de telecomunicații este responsabil pentru strategia corporativă și comercializarea invenției la HPTB - Hambitzer însuși este prea mult tehnician și, pe deasupra, a avut experiențe amare cu investitori instituționali în ultimii zece ani, ceea ce a dus mai întâi la o dispută și apoi a dus la faliment. De aceea, omul de știință preferă să se concentreze astăzi asupra lucrărilor de laborator.
Acolo a reușit pentru prima dată în 2010 să producă celule de baterii care „au depășit legătura dintre creșterea rezistenței interne și scăderea capacității”, ceea ce înseamnă că nu au îmbătrânit în limba germană bună și au, de asemenea, capacitate completă de stocare pentru peste 30.000 de cicluri de încărcare și descărcare. „Celulele litiu-ion de astăzi cu electroliți organici ajung de obicei la sfârșitul vieții lor după 3000 de cicluri de încărcare”, Hambitzer subliniază diferența într-un interviu. Performanța în scădere constantă se datorează faptului că, în timpul proceselor electrochimice din celulă cu formare considerabilă de sare, se creează o substanță care se atașează la electrozi și crește astfel rezistența internă. Conductivitatea electrică a conductoarelor ionice scade peste aceasta. În cele din urmă, celula se prăbușește.
În propriile sale cuvinte, Hambitzer a reușit să descifreze procesul de îmbătrânire, dar și să identifice și să izoleze substanța care este creată în timpul procesului de îmbătrânire a electrolitului original. În alte experimente, el a descoperit că această substanță este un foarte bun conductor fix de ioni, care, dacă este introdus direct în celulă, previne formarea sării și astfel îmbătrânirea. Hambitzer: „Asta a fost descoperirea”. Și lucrul drăguț despre asta: „Rețeta este simplă. Și puteți obține toate ingredientele pentru cocktail în farmacie ”, spune un partener încântat Thomas Lützerath, care obișnuia să dezvolte motoare electrice pentru VW e-Golf și Renault Twizy, printre altele. Nici pământurile rare, nici aurul sau cobaltul nu sunt necesare pentru noul tip de baterie. Detalii? Sunt încă un secret comercial.
Sisteme mari de stocare pentru tranziția energetică
Cu toate acestea, mai este ceva de lucru înainte de echipa Bonn înainte de producția de serie. Hambitzer estimează că un prim eșantion al noului tip de celulă cu o capacitate de 1,4 amperi-oră ar putea fi gata la începutul verii dacă totul merge conform planului. Dar, împreună cu partenerii industriali, vor să perfecționeze producția industrială a bateriei și să mărească în continuare capacitatea de stocare a celulei pentru a putea prezenta un prototip preindustrial cu o capacitate de 50 amperi-oră în 18 luni. În acest scop, în prezent se depun eforturi la Ministerul Federal al Economiei pentru fonduri din fondul de finanțare al programului de cercetare „Inovații pentru tranziția energetică”, relatează Heinz.
Deoarece bateria în stare solidă oferă posibilitatea de a stoca energia electrică verde generată cu ajutorul turbinelor eoliene și a celulelor fotovoltaice atunci când rețeaua electrică este ocupată în prezent din cauza suprasolicitării. Bufferul și stocarea la domiciliu sunt primele câmpuri de aplicare pentru Hambitzer, el are deja în minte rezervoare de stocare mari în format container, un pachet de 14.000 de celule de baterii cu o capacitate de stocare de 2 megawatt oră: stocare electrochimică a bateriilor cu eficiență economică ridicată și un echilibru ecologic îmbunătățit. "
Industria auto trebuie să aștepte
Și ce obține din industria auto? Nimic la început. Hambitzer vede celule solide pentru utilizare mobilă doar în aproximativ trei ani. „Electromobilitatea este în prezent un subiect foarte emoțional - dar nevoia de stocare performantă și nevoia din industrie datorită tranziției energetice sunt în prezent mult mai mari.” Dar dacă un producător sau furnizor de mașini nu dorește să aștepte atât de mult - compania din Bonn ar fi deschisă și producției de licențe.