Wspólnie z wieloma partnerami przemysłowymi zespół badawczy Uniwersytetu RWTH w Akwizgranie przeanalizował kluczowe wyzwania związane z uruchomieniem produkcji baterii półprzewodnikowych w Europie, która byłaby alternatywą dla niedawno ogłoszonej „Chińskiej platformy współpracy innowacyjnej dotyczącej baterii półprzewodnikowych” (China All-Solid-State Battery Collaborative Innovation Platform). Rozwój baterii półprzewodnikowych opartych na technologii litowo-jonowej jest ważnym elementem przyszłej mobilności elektrycznej, ponieważ są one uważane za bezpieczniejsze i teoretycznie umożliwiają większy zasięg, a także krótszy czas ładowania.

Po latach badań podstawowych nad najmocniejszymi elektrolitami półprzewodnikowymi najważniejsze kwestie materiałowe zostały w dużej mierze wyjaśnione. Obecnie skupiamy się na potrzebie opracowania innowacyjnych procesów produkcyjnych i ich skalowalności, ponieważ nawet 60% obecnego środowiska produkcyjnego baterii litowo-jonowych może wymagać znacznych zmian
wyjaśnia profesor Achim Kampker, dyrektor PEM Uniwersytetu RWTH.

Partnerstwa na rzecz komercjalizacji baterii półprzewodnikowych pojawiają się obecnie na całym świecie, a każde z nich realizuje własne podejście. Podczas gdy w Europie i Stanach Zjednoczonych nacisk kładzie się głównie na systemy polimerowe i elektrolity hybrydowe, w Azji – zwłaszcza w Chinach – coraz częściej bada się systemy oparte na siarczkach. Do 2035 r. baterie półprzewodnikowe mogą już stanowić znaczną część światowego rynku baterii, potencjalnie osiągając poziom produkcji wynoszący do 1200 GWh – przewiduje Achim Kampker. Producenci będą jednak potrzebować innowacyjnej i skalowalnej technologii, którą można będzie wdrożyć w zakładach produkcyjnych.

Badanie ujawniło liczne wyzwania, które trzeba będzie przezwyciężyć uruchamiając łańcuch produkcyjny. Na przykład trzeba opracować nowe metody wytwarzania cienkich i gęstych warstw elektrolitów w stanie stałym i litu metalicznego. Konieczne jest również zbadanie, w jakim stopniu metody powlekania na sucho, stosowane dzisiaj w produkcji akumulatorów litowo-jonowych, można będzie przenieść do produkcji elektrolitów stałych. Należy także zoptymalizować etapy obróbki cieplnej, zwłaszcza w przypadku elektrolitów półprzewodnikowych na bazie ceramiki, a w przypadku stosów elektrod należy zapewnić styki o niskiej rezystancji, aby zapewnić optymalne przewodnictwo jonów w ciałach stałych. Ponadto, potrzebne są procesy produkcyjne dostosowane do nowych hybrydowych formatów ogniw, które łączą koncepcje kieszeniowe i pryzmatyczne. W przyszłości wpływ na montaż ogniw, a także procesy ich formowania będą miały stosy ogniw bipolarnych.

Źródło: RWTH Aachen University