Se utilizzato per l'alimentazione o nelle auto elettriche, gli attuali sistemi di batterie si basano su una serie di singole celle interconnesse, che presenta alcuni svantaggi in termini di efficienza e produzione. configurazioni della batteria bipolare, in contrasto, comprendono pile compatte di singole celle. Un nuovo tipo di piastra bipolare flessibile ed estremamente sottile consente di produrre batterie a costi contenuti. All'anteprima di Hannover Messe il 24 gennaio, 2019 (Hall 19) e la stessa Hannover Messe dal 1 al 5 aprile, 2019 (padiglione 2, Stand C22), ricercatori dell'Istituto Fraunhofer per l'ambiente, Tecnologia per la sicurezza e l'energia UMSICHT presenterà lo sviluppo di questa tecnologia.

I sistemi di batterie convenzionali sono estremamente complessi. Di solito sono costituiti da diverse celle singole collegate tra loro tramite fili. Non solo è costoso e richiede tempo, comporta anche il pericolo di punti caldi, aree in cui i fili si surriscaldano. Inoltre, ognuna di queste celle deve essere imballata, il che significa che gran parte della batteria è costituita da materiale inattivo che non contribuisce alle prestazioni della batteria. Le batterie bipolari sono progettate per risolvere questo problema collegando le singole celle tra loro tramite piastre bipolari piatte. Però, questo dà luogo ad altre sfide:o le piastre bipolari sono realizzate in metallo e sono quindi soggette a corrosione, oppure sono realizzati in un composito carbonio-polimero, nel qual caso devono avere uno spessore minimo di alcuni millimetri come risultato del processo di fabbricazione.

Risparmio di materiale superiore all'80%

Ricercatori dell'Istituto Fraunhofer per l'ambiente, Sicurezza e tecnologia energetica L'UMSICHT di Oberhausen ha ora sviluppato un'alternativa. "Produciamo piastre bipolari da polimeri che sono stati resi elettricamente conduttivi, " afferma la Dott.ssa Ing. Anna Grevé, capo dipartimento presso Fraunhofer UMSICHT. "In questo modo, possiamo produrre lastre molto sottili e, rispetto alle celle convenzionali collegate da fili, risparmiare oltre l'80% del materiale utilizzato."

Inoltre, il materiale offre numerosi altri vantaggi, come il fatto che non si corrode. Un altro grande vantaggio è che il materiale può essere successivamente rimodellato. Questo rende possibile, Per esempio, per imprimere strutture, importanti per le celle a combustibile. Inoltre, le nuove innovative piastre bipolari possono essere saldate tra loro, quindi il sistema di batterie risultante è assolutamente stretto. Piastre bipolari convenzionali, in contrasto, non sono idonei alla saldatura a causa delle sollecitazioni termiche e meccaniche del materiale durante la lavorazione. Unendoli in modo tale che né gas né liquidi possano passare attraverso i giunti richiede guarnizioni. Però, le guarnizioni diventano rapidamente porose, e occupano anche spazio.

Un ulteriore vantaggio del nuovo materiale è che i ricercatori sono in grado di adattare le proprietà delle piastre bipolari a requisiti specifici. "Possiamo realizzare piatti così flessibili da poterli avvolgere intorno al dito, così come quelli che sono completamente rigidi, " precisa Grevé.

Produzione conveniente grazie alla tecnica roll-to-roll

La sfida principale consisteva nello sviluppo del materiale e del processo di fabbricazione. "Utilizziamo polimeri e grafite disponibili in commercio, ma il segreto è nella ricetta, " dice Grevé. Poiché il materiale è composto per circa l'80% da grafite e solo per circa il 20% da polimero, i metodi di lavorazione hanno poco in comune con la normale lavorazione dei polimeri. Il team di ricercatori del Fraunhofer UMSICHT ha optato per la tecnica roll-to-roll, che consente una produzione economicamente vantaggiosa, e lo ha adattato utilizzando molto know-how. Dopotutto, gli ingredienti che entrano nelle piastre prodotte devono essere distribuiti in modo omogeneo, e le piastre devono anche essere meccanicamente stabili e completamente a tenuta. A causa della struttura iniziale dei materiali, questa non era un'impresa facile. Però, gli esperti hanno anche superato questa sfida. "Siamo stati in grado di soddisfare tutti i requisiti in un unico processo. Di conseguenza, le piastre possono essere utilizzate così come sono quando escono dalla macchina, " spiega Grevé. Un altro vantaggio della tecnica è che le lastre possono essere prodotte in qualsiasi dimensione.