Принцип «Наполеона»

В Институте керамических технологий и систем Общества имени Фраунгофера (Fraunhofer IKTS, Германия) прорабатывается конструкция ионно-литиевых аккумуляторов с «двуполярными» электродами. По замыслу сотрудников института подобная конструкция позволит резко нарастить удельную ёмкость накопителей, не меняя их базовой электрохимической основы. Цель - удвоить пробег электромобиля на одной зарядке аккумулятора.

В традиционных ионно-литиевых элементах используются отдельные листовые электроды (из фольги) для анода и катода. Предложенная в институте концепция EMBATT предполагает совмещение катода одной электрохимической ячейки с анодом другой. Проще говоря, на фольгу с одной стороны наносится катодный состав, а с другой стороны - анодный. Ячейки объединяются в многослойную батарею, напоминающую торт «Наполеон». Поскольку упаковывать каждый элемент в отдельный корпус не нужно, резко сокращается объём материалов, необходимый для изготовления всей аккумуляторной батареи, и её удельная ёмкость превосходит 450 А·ч/кг. Между анодом одной ячейки и катодом последовательно соединённой с ней другой ячейки находится тонкая фольга (проводник минимальной длины с огромным сечением), поэтому внутреннее сопротивление аккумулятора сокращается до минимума.

Используя обе стороны металлической фольги,
можно избавиться от лишней упаковки

«Двуполярные» электроды нуждаются в особой технологии производства, поскольку требования к допускам при нанесении пасты на фольгу и изготовлении сепараторов чрезвычайно высоки. Разброс параметров слоёв чреват электрической разбалансировкой ячеек. Боковые стенки аккумуляторов выполняются из диэлектрического материала.

Элементы соединены последовательно,
напряжение складывается

Концепция аккумуляторов с «двуполярными» электродами сегодня проверяется на участке опытного производства, где рулоны фольги шириной 300 мм покрываются составами LiFePO₄ и Li₄Ti₅O₁₂. Учёные института отмечают, что для воплощения их идеи придётся полностью перестроить технологию производства электромобильных аккумуляторов, зато их легче будет утилизировать по окончании срока службы. В проекте участвуют компании IAV и ThyssenKrupp System Engineering.