Vare sig det används för strömförsörjning eller i elbilar, nuvarande batterisystem är baserade på en serie sammankopplade enskilda celler, som har vissa nackdelar när det gäller effektivitet och tillverkning. Bipolära batteriinställningar, i kontrast, består av kompakta staplar av enskilda celler. En ny typ av flexibel och extremt tunn bipolär platta gör att batterier kan tillverkas kostnadseffektivt. På Hannover Messe Preview den 24 januari, 2019 (Hall 19) och Hannover Messe själv från 1 till 5 april, 2019 (hall 2, Monter C22), forskare från Fraunhofer Institute for Environmental, Säkerhets- och energiteknik UMSICHT kommer att presentera utvecklingen av denna teknik.

Konventionella batterisystem är extremt komplexa. De består vanligtvis av flera enskilda celler som är anslutna med varandra via ledningar. Det är inte bara dyrt och tidskrävande, det innebär också risken för hot spots - områden där ledningarna blir för varma. Dessutom, var och en av dessa celler måste förpackas, vilket betyder att en stor del av batteriet består av inaktivt material som inte bidrar till batteriets prestanda. Bipolära batterier är utformade för att lösa detta problem genom att ansluta de enskilda cellerna med varandra med platta bipolära plattor. Dock, detta ger upphov till andra utmaningar:antingen är de bipolära plattorna gjorda av metall och är därför utsatta för korrosion, eller de är gjorda av en kolpolymerkomposit, i så fall måste de vara minst flera millimeter tjocka som ett resultat av tillverkningsprocessen.

Materialbesparingar på mer än 80 procent

Forskare vid Fraunhofer Institute for Environmental, Säkerhets- och energiteknik UMSICHT i Oberhausen har nu utvecklat ett alternativ. "Vi tillverkar bipolära plattor av polymerer som har gjorts elektriskt ledande, "säger Dr.-Ing. Anna Grevé, avdelningschef på Fraunhofer UMSICHT. "På det här sättet, vi kan producera mycket tunna plattor och - jämfört med konventionella celler som är anslutna med ledningar - spara över 80 procent av det material som används. "

Dessutom, materialet erbjuder många andra fördelar, till exempel det faktum att det inte korroderar. En annan stor fördel är att materialet därefter kan omformas. Detta gör det möjligt, till exempel, att prägla strukturer, som är viktiga för bränsleceller. Dessutom, de innovativa nya bipolära plattorna kan svetsas ihop, så det resulterande batterisystemet är helt tätt. Konventionella bipolära plattor, i kontrast, är olämpliga för svetsning på grund av materialets termiska och mekaniska spänning under tillverkningen. Förslutning på ett sådant sätt att varken gaser eller vätskor kan passera genom lederna kräver tätningar. Dock, tätningar blir snabbt porösa, och de tar också plats.

En ytterligare fördel med det nya materialet är att forskarna kan anpassa egenskaperna hos de bipolära plattorna till specifika krav. "Vi kan göra tallrikar som är så flexibla att du kan linda dem runt ditt finger, liksom de som är helt stela, "specificerar Grevé.

Kostnadseffektiv tillverkning genom roll-to-roll-teknik

Den främsta utmaningen bestod i att utveckla materialet och tillverkningsprocessen. "Vi använder kommersiellt tillgängliga polymerer och grafiter, men hemligheten ligger i receptet, "säger Grevé. Eftersom materialet består av cirka 80 procent grafiter och bara cirka 20 procent polymer, bearbetningsmetoderna har lite gemensamt med vanlig polymerbearbetning. Forskargruppen vid Fraunhofer UMSICHT valde roll-to-roll-tekniken, vilket möjliggör kostnadseffektiv tillverkning, och anpassade den med mycket kunskap. Trots allt, ingredienserna som går in i de tillverkade tallrikarna måste fördelas homogent, och plattorna måste också vara mekaniskt stabila och helt täta. På grund av materialets ursprungliga struktur, detta var ingen lätt grej. Dock, experterna klarade också denna utmaning. "Vi kunde uppfylla alla krav i en process. Följaktligen plattorna kan användas precis som de är när de kommer ut ur maskinen, "förklarar Grevé. En annan fördel med tekniken är att plattorna kan tillverkas i valfri storlek.