即將到來的固態(tài)電池技術(shù)飛躍為此提供了“翻盤”機(jī)會(huì)。
作為德國也是歐洲最大的應(yīng)用科學(xué)研究機(jī)構(gòu)，弗勞恩霍夫應(yīng)用研究促進(jìn)協(xié)會(huì)(Fraunhofer-Gesellschaft)在做一個(gè)關(guān)于固態(tài)電池的戰(zhàn)略性國際合作計(jì)劃，據(jù)悉，該計(jì)劃由瑞士Dübendorf(CH)的Empa和德國Würzburg大學(xué)的Fraunhofer硅酸鹽研究所ISC承擔(dān)，其在1月啟動(dòng)了一個(gè)固態(tài)電池的項(xiàng)目。
Fraunhofer ISC將提供其在固態(tài)電池工藝開發(fā)和電池生產(chǎn)方面的經(jīng)驗(yàn)及技術(shù)，并生產(chǎn)出第一批固態(tài)電池。
固態(tài)電池不需要易燃液體電解質(zhì)，因此可提供顯著改善的操作可靠性。它們還在尺寸和重量方面提供優(yōu)勢，因?yàn)樾枰惶珡?fù)雜的安全殼體。此外，使用金屬負(fù)極材料(鋰)代替目前在固態(tài)電池中常用的石墨負(fù)極，可以提高能量密度和顯著縮短充電時(shí)間。
雖然未來固態(tài)電池的各個(gè)組件(正極，負(fù)極，電解質(zhì))已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)室中得到很好的研究，但最大的挑戰(zhàn)是將它們集成到穩(wěn)定的集成系統(tǒng)中。在盡可能多的充電和放電循環(huán)中實(shí)現(xiàn)高性能的長使用壽命是非常重要的，以便超越當(dāng)今的傳統(tǒng)鋰電池系統(tǒng)。
而Empa與FraunhoferISC之間的合作，就旨在消除固態(tài)電池工業(yè)生產(chǎn)中最重要的技術(shù)障礙。
參與方都有誰？
Empa與Fraunhofer ISC的合作項(xiàng)目命名為IE4B(“安全和可持續(xù)高性能電池接口工程”)，始于2019年1月1日，作為Fraunhofer ICON(“國際合作和網(wǎng)絡(luò)”)資金項(xiàng)目的一部分，將運(yùn)行三年。通過ICON，弗勞恩霍夫協(xié)會(huì)旨在擴(kuò)大其研究所與各個(gè)領(lǐng)域的精選國際機(jī)構(gòu)的戰(zhàn)略合作。例如，迄今為止，劍橋大學(xué)和約翰霍普金斯大學(xué)的項(xiàng)目已經(jīng)啟動(dòng)。
Empa在最近推出的IE4B項(xiàng)目中的主要焦點(diǎn)是固態(tài)電解質(zhì)的開發(fā)，具有定制電子特性的薄膜的生產(chǎn)和表征，以及納米結(jié)構(gòu)負(fù)極材料的開發(fā)。Fraunhofer ISC及其“Fraunhofer Research and Development Center Electromobility Bavaria”致力于鋰導(dǎo)電聚合物以及具有特定電池特性的溶膠-凝膠材料保護(hù)層的開發(fā)。此外，它還開發(fā)，制造和測試原型和小型系列電池。
來自德國和瑞士的工業(yè)公司也從一開始就參與IE4B項(xiàng)目，作為從工業(yè)角度來看該項(xiàng)目的指導(dǎo)小組的一部分：其中包括化學(xué)工業(yè)的代表(如Heraeus)，機(jī)械工程類企業(yè)(如布勒集團(tuán))，應(yīng)用材料(Varta)等電池制造商和ABB等技術(shù)公司。
如何達(dá)到目標(biāo)？
該項(xiàng)目的目的是開發(fā)一種固態(tài)電池，可在室溫下實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的充電和放電循環(huán)，并可同時(shí)快速充電。
該項(xiàng)目分為兩個(gè)階段：第一階段涉及基本方面，并使用在Empa和ISC使用薄膜方法制造的電池模型系統(tǒng)。在該第一階段中，要精確地理解和監(jiān)測在正極，固態(tài)電解質(zhì)和負(fù)極之間的界面處發(fā)生的過程。
在第二階段，這些經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)將用于制造功能性固態(tài)電池，該電池具有Fraunhofer ISC的工藝工程專業(yè)積累，將以小批量生產(chǎn)。
“我們的共同目標(biāo)不僅是要更好地了解界面，還要能夠?qū)⑦@些知識(shí)轉(zhuǎn)化為制造過程。弗勞恩霍夫和Empa的技術(shù)訣竅相得益彰，”弗勞恩霍夫ISC的弗勞恩霍夫巴伐利亞電動(dòng)汽車研究開發(fā)中心(FZEB)的Henning Lorrmann解釋說道。
兩階段方法具有決定性優(yōu)勢：作為階段一中的模型系統(tǒng)，薄膜電池的結(jié)構(gòu)更易于分析。這允許識(shí)別最佳匹配的電極和電解質(zhì)組合。通過事先匹配的材料，使階段二中更大的電池單元的更復(fù)雜的三維結(jié)構(gòu)更容易實(shí)現(xiàn)。
PiealoGröning是Empa董事會(huì)成員，也是項(xiàng)目協(xié)調(diào)員之一。他強(qiáng)調(diào)了戰(zhàn)略重要性：“鋰離子固態(tài)電池的結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，是材料科學(xué)的一大挑戰(zhàn)。通過這次合作，我們將材料科學(xué)和工藝工程方面的杰出專業(yè)知識(shí)結(jié)合起來，這正是成功推進(jìn)固態(tài)電池發(fā)展的關(guān)鍵。”
