Немецкие учёные представили рабочую батарею без лития на алюминии и графите
В Германии создан первый в мире полностью функциональный аккумуляторный модуль на основе алюминий-графит-двухионной технологии (AGDIB), что знаменует собой важный шаг в развитии систем накопления энергии, не содержащих литий. Впервые данная альтернативная электрохимическая система продемонстрировала стабильность не только в лабораторных условиях, но и в составе реального интегрированного модуля. Разработка, выполненная в рамках проекта INNOBATT, ориентирована на применения, требующие высокой мощности, такие как динамическая стабилизация энергосетей, где батареи должны мгновенно реагировать на быстрые колебания.
Основными активными материалами в архитектуре AGDIB являются алюминий и графит, что предлагает перезаряжаемую альтернативу литий-ионным системам с низкой стоимостью и широкой доступностью сырья. Кроме того, элементы создавались с учётом философии «проектирования для вторичной переработки», что усиливает привлекательность технологии в условиях растущего мирового спроса на устойчивые решения для хранения энергии. Исследователи подчеркивают, что многие безлитиевые технологии не выходят за пределы лабораторных ячеек, поэтому работающий демонстратор доказывает возможность производства, стабильность и долговечность в реалистичных условиях.
Для создания прототипа инженеры интегрировали восемь ламинатных AGDIB-ячеек (pouch cells) с беспроводной системой управления батареями (BMS). В системе используется открытая платформа foxBMS® от Fraunhofer IISB, связанная безопасной радиочастотной связью между подчинёнными и главным устройствами. Модуль также включает алмазный квантовый датчик, способный измерять токи в диапазоне пяти порядков величин, что позволяет с высокой точностью отслеживать как очень малые, так и очень большие изменения тока. Несмотря на ручное изготовление ячеек, исследователям удалось добиться стабильных и согласованных характеристик во всём модуле. Окончательный демонстратор использует последовательно-параллельную конфигурацию из восьми ячеек (4 последовательные группы по 2 параллельных элемента в каждой), обеспечивающую стабильную динамическую работу на высоких скоростях разряда и заряда — до 10С (где 1C означает полный разряд ёмкости батареи за один час, а 10C — за 6 минут) — в течение продолжительного времени.
Такие сетевые службы, как регулирование частоты, требуют от батарей высокой мощности, а не максимальной энергоёмкости. Способность AGDIB чрезвычайно быстро заряжаться и разряжаться идеально соответствует этой нише. В отличие от многих устоявшихся электрохимических систем, она выдерживает как высокие разрядные, так и высокие зарядные токи без значительной деградации. В ходе испытаний демонстратор успешно имитировал работу в режиме мгновенного резерва, используя реальные данные частоты энергосети. Его стабильная реакция на быстрые нагрузки с высоким током подтверждает пригодность для задач, ориентированных на мощность, таких как поддержка виртуальной инерции.
Ключевым аспектом проекта INNOBATT является устойчивость на протяжении всего жизненного цикла. Команда оценила возможность вторичной переработки с использованием физических методов разделения, избегая токсичных химикатов, что прокладывает путь к замкнутым циклам использования материалов. Дизайн модуля, как отмечают исследователи, следует стратегии «проектирования для переработки» и превосходит текущие требования ЕС в этой области.