Prace realizowane są w ramach dwóch projektów badawczych: AnSiLiS, finansowanego przez niemieckie Federalne Ministerstwo Badań, Technologii i Przestrzeni Kosmicznej, oraz TALISSMAN, wspieranego przez program Horyzont Europa. Badania mają doprowadzić do opracowania półprzewodnikowego ogniwa litowo-siarkowego, które zapewni podobną energię jak obecne akumulatory, przy znacznie mniejszej masie.

Nowa architektura ogniwa

Klasyczne ogniwa Li-S mają ograniczoną trwałość z powodu tworzenia się rozpuszczalnych polisiarczków w ciekłym elektrolicie. Prowadzi to do utraty materiału i pogorszenia stabilności cyklu. Naukowcy z Fraunhofera IWS proponują inne podejście – bezpośrednią konwersję siarki do stałego siarczku litu w środowisku pozbawionym ciekłego elektrolitu.

Wstępne testy laboratoryjne pokazują, że taka architektura może osiągać energię właściwą powyżej 600 Wh/kg, zachowując stabilność cykliczną.

Projekt AnSiLiS – materiały i symulacja ogniw

W ramach projektu AnSiLiS badacze opracowują kompozytową katodę siarkowo-węglową, współpracującą z cienką anodą litowo-metalową oraz minimalną ilością hybrydowego elektrolitu. Uniwersytet Techniczny w Dreźnie i Uniwersytet w Jenie analizują interakcje elektrochemiczne między elektrolitem a materiałami aktywnymi. Helmholtz-Zentrum Berlin wnosi doświadczenie w zakresie tomografii 3D i analityki operacyjnej.

Symulacje dynamiki molekularnej pomagają ocenić stabilność i kompatybilność komponentów w różnych skalach, wspierając projektowanie bardziej niezawodnych ogniw.

Projekt TALISSMAN – od laboratoriów do przemysłu

Projekt TALISSMAN koncentruje się na skalowaniu i walidacji przemysłowej. Dziewięciu partnerów z Hiszpanii, Francji, Włoch i Niemiec, koordynowanych przez instytut CIDETEC, opracowuje dwie generacje ogniw przeznaczonych do zastosowań w elektromobilności.

Celem jest uzyskanie gęstości energii do 550 Wh/kg, wykorzystanie niepalnych elektrolitów quasi-stałych oraz osiągnięcie kosztów produkcji poniżej 75 euro/kWh. Co istotne, konstrukcja ogniw ma być zgodna z obecnymi liniami produkcyjnymi akumulatorów litowo-jonowych.

Integracja i technologia DRYtraec

Fraunhofer IWS odpowiada za integrację nowych materiałów i procesów z prototypowymi ogniwami. Badania obejmują opracowanie proszków, zawiesin i suchych mieszanin dopasowanych do różnych metod wytwarzania elektrod.

Kluczowym elementem jest opatentowana technologia DRYtraec – bezrozpuszczalnikowa metoda powlekania „na sucho”. Proces ten prasuje materiały w stabilne warstwy bez konieczności suszenia, co redukuje zużycie energii nawet o 30% i ogranicza emisję CO₂. Metoda jest skalowalna i dostosowana do przemysłowego przetwarzania z rolki na rolkę.

MOŻE ZAINTERESUJE CIĘ TAKŻE

Akumulatory

Kiedy zachodzi konieczność wymiany akumulatora trakcyjnego

Wymiana akumulatora trakcyjnego po drobnych kolizjach często okazuje się zbędna – choć specyfikacje niektórych producentów sugerują inaczej. 

Akumulatory

Ogniwa w pianie – technologia z przyszłości czy pułapka?

Nowoczesne systemy akumulatorowe wykorzystują technologię spieniania przestrzeni między ogniwami wysokonapięciowymi (high voltage – HV) specjalną pianką poliuretanową. Proces ten zapewnia mechaniczne unieruchomienie ogniw i izolację termiczną, a także zwiększa bezpieczeństwo w przypadku uszkodzenia lub przegrzania akumulatora. 

Centrum Zaawansowanej Technologii Akumulatorów

Wszystkie etapy produkcji prowadzone są w Centrum Zaawansowanej Technologii Akumulatorów (ABTC) w Dreźnie. Placówka wyposażona jest w elastyczną linię produkcyjną umożliwiającą klasyczne powlekanie oraz technologię DRYtraec, a także cięcie laserowe, układanie wielowarstwowe i zgrzewanie termiczne.

Takie połączenie analiz, symulacji i produkcji pozwala na kompleksowy rozwój ogniw – od koncepcji po demonstratory bliskie zastosowaniu. Partnerzy przemysłowi z branży lotniczej, technologii dronów i elektromobilności korzystają z mniejszego ryzyka wdrożeniowego i szybszego transferu technologii.

Zastosowania i potencjał

Akumulatory litowo-siarkowe rozwijane w ramach projektów AnSiLiS i TALISSMAN są szczególnie perspektywiczne dla lotnictwa, systemów bezzałogowych oraz przenośnych magazynów energii, gdzie kluczowe są proporcje energii do masy.

Połączenie nowoczesnych materiałów, zaawansowanych analiz i zoptymalizowanych procesów może umożliwić wprowadzenie tej technologii w obszarach, gdzie obecne systemy litowo-jonowe osiągają granice swoich możliwości. Pierwsze funkcjonalne prototypy mają potwierdzić zakładane osiągi w najbliższych latach.

Siarka jako materiał aktywny w akumulatorach

• Wysoka pojemność właściwa: 1675 mAh/g – około pięć razy więcej niż w klasycznych materiałach katodowych.
• Lekka i tania: Siarka jest powszechnie dostępna jako produkt uboczny rafinacji ropy.
• Zrównoważony rozwój: Ogranicza zużycie krytycznych surowców, takich jak kobalt i nikiel.
• Wyzwanie technologiczne: Rozpuszczalne polisiarczki i ich reaktywność z litem utrudniają uzyskanie długiej trwałości ogniw.

Źródło: Fraunhofer IWS