Σε ένα ορόσημο για την τεχνολογία μπαταριών χωρίς λίθιο, το συνεργατικό έργο Έρευνας και Ανάπτυξης INNOBATT, με επικεφαλής το Ινστιτούτο Fraunhofer για Ολοκληρωμένα Συστήματα και Τεχνολογία Συσκευών (IISB), ολοκλήρωσε ένα σύστημα επίδειξης μπαταριών βασισμένο σε μπαταρίες αλουμινίου-γραφίτη-διπλών ιόντων (AGDIB). Το σύστημα επίδειξης επιβεβαιώνει τη σταθερότητα αυτής της νέας χημείας κυψελών όχι μόνο σε εργαστηριακές συνθήκες αλλά και σε ρεαλιστικά λειτουργικά σενάρια.
Μια νέα μπαταρία χωρίς λίθιο
Η επαναφορτιζόμενη μπαταρία αλουμινίου-ιόντων είναι μια οικονομικά αποδοτική, μη εύφλεκτη τεχνολογία αποθήκευσης ενέργειας που χρησιμοποιεί εύκολα προσβάσιμα ενεργά υλικά - αλουμίνιο και γραφίτη. Με φυσικό γραφίτη ως υλικό καθόδου, τα κυψέλες AGDIB μπορούν να επιτύχουν πυκνότητες ενέργειας 160Wh/kg και πυκνότητες ισχύος που υπερβαίνουν τα 9kW/kg. Ως συσκευή αποθήκευσης υψηλής ισχύος, οι μπαταρίες ιόντων αλουμινίου μπορούν να φορτιστούν και να αποφορτιστούν γρήγορα με υψηλούς ρυθμούς C, επιτρέποντας εφαρμογές γρήγορης απόκρισης.
Σύμφωνα με το Fraunhofer IISB, η αναστρέψιμη χημεία επιτρέπει πάνω από 10.000 κύκλους σε 100% βάθος εκφόρτισης (DoD) σε εργαστηριακά κύτταρα δοκιμών, με σχεδόν 100% απόδοση Κουλομβίας και ενεργειακή απόδοση πάνω από 85%. Τα ανθεκτικά στη διάβρωση πολυστρωματικά κύτταρα θύλακα που αναπτύχθηκαν για μπαταρίες ιόντων αλουμινίου έχουν χωρητικότητες έως και 200mAh, επιτυγχάνοντας περισσότερους από 1.000 κύκλους για κύτταρα 200mAh 4 στρώσεων στους 6°C και πάνω από 7.000 κύκλους για κύτταρα 30mAh μονής στρώσης στους 30°C.
Με τέτοιες δυνατότητες, οι μπαταρίες ιόντων αλουμινίου παρουσιάζουν μεγάλες δυνατότητες για σταθερές και υβριδικές κινητές εφαρμογές, ιδιαίτερα ως συστήματα USP και συσκευές αποθήκευσης υψηλής απόδοσης για δυναμική σταθεροποίηση δικτύου, όπου οι συχνοί μικροκύκλοι χαμηλής ενέργειας απαιτούν υψηλή ισχύ αντί για υψηλή ενεργειακή πυκνότητα.
Οι νέες τεχνολογίες
Ενώ πολλές νέες τεχνολογίες μπαταριών χωρίς λίθιο παραμένουν σε εργαστηριακή κλίμακα, οι δοκιμαστικές εφαρμογές σε επίπεδο συστήματος είναι σπάνιες. Στο πλαίσιο του έργου INNOBATT, έχει πλέον δημιουργηθεί ένα πλήρες σύστημα επίδειξης μπαταριών μετά από προηγούμενη κλιμάκωση της τεχνολογίας AGDIB σε μικρές κυψέλες τύπου pouch, όπως ανέφερε το Fraunhofer IISB στα τέλη Νοεμβρίου. Η ανάπτυξη επικεντρώθηκε σε ολόκληρη την αλυσίδα αξίας: βιώσιμη χημεία κυψελών χωρίς λίθιο, ενσωμάτωση ενός ασύρματου συστήματος διαχείρισης μπαταριών (BMS), αμφίδρομη ανίχνευση ρεύματος με βάση την κβαντική τεχνολογία και ανακυκλωσιμότητα.
Σε μια ρεαλιστική δοκιμαστική περίπτωση, το σύστημα επίδειξης ενσωματώνει οκτώ κυψέλες τύπου pouch AGDIB με ένα ασύρματο BMS βασισμένο στην πλατφόρμα ανοιχτού κώδικα foxBMS®, με ασφαλή επικοινωνία RF και έναν κβαντικό αισθητήρα με βάση το διαμάντι για μέτρηση ρεύματος υψηλής ανάλυσης.
Η βελτιστοποίηση των συστημάτων
Ενεργά υλικά και σχεδιασμός κυψελών βελτιστοποιήθηκαν για τη βελτίωση της σταθερότητας, της αξιοπιστίας και της αναπαραγωγιμότητας. Η μονάδα μπαταρίας συναρμολογήθηκε σε διαμόρφωση 4s2p, με ένα BMS-Slave να επικοινωνεί ασύρματα με το BMS-Master. Ο κβαντικός αισθητήρας, βασισμένος σε κέντρα NV σε διαμάντι, μετρά ρεύματα άνω των πέντε τάξεων μεγέθους, καταγράφοντας τόσο μικρά όσο και μεγάλα δυναμικά ρεύματα με υψηλή ακρίβεια.
Αυτό το σύστημα επικυρώνει με επιτυχία τις δυνατότητες υψηλής ισχύος της χημείας AGDIB για τη σταθεροποίηση του δικτύου, δήλωσε το Fraunhofer IISB. Τα αποτελέσματα που είχαν παρατηρηθεί προηγουμένως σε επίπεδο κυψέλης επιβεβαιώθηκαν σε επίπεδο μονάδας χρησιμοποιώντας δεδομένα πραγματικής συχνότητας για την προσομοίωση εφαρμογών στιγμιαίας εφεδρείας. Το σύστημα διατήρησε σταθερή απόδοση υπό δυναμικά φορτία υψηλού ρεύματος στους 10°C, αποδεικνύοντας την επεκτασιμότητα του AGDIB μέσω επιτυχημένης κατασκευής κυψελών, διασύνδεσης και ενσωμάτωσης συστήματος. Σε αντίθεση με πολλά συμβατικά συστήματα μπαταριών, το AGDIB υποστηρίζει πολύ υψηλούς ρυθμούς φόρτισης και εκφόρτισης, καθιστώντας το κατάλληλο για εφαρμογές όπως η παροχή εικονικής αδράνειας στο δίκτυο.
Η ανακυκλωσιμότητα ήταν βασική παράμετρος καθ' όλη τη διάρκεια της ανάπτυξης. Τα υλικά των κυψελών μπορούν να διαχωριστούν φυσικά χωρίς τοξικές χημικές ουσίες, επιτρέποντας κλειστούς κύκλους υλικών. Ο σχεδιασμός της μονάδας ακολουθεί μια στρατηγική σχεδιασμού για ανακύκλωση, υπερβαίνοντας τις τρέχουσες κανονιστικές απαιτήσεις της ΕΕ για την αποδοτικότητα της ανακύκλωσης μπαταριών και παρουσιάζοντας ένα βιώσιμο, έτοιμο για το μέλλον σύστημα αποθήκευσης ενέργειας.
Μια σταθερή μπαταρία
Ενώ πολλές νέες τεχνολογίες μπαταριών χωρίς λιθίου εξετάζονται σε επίπεδο κυψέλης εργαστηρίου, τα συστήματα επίδειξης συστημάτων μπαταριών που χρησιμοποιούν νέες χημικές μεθόδους κυψελών παραμένουν σπάνια. Ωστόσο, ένα τέτοιο σύστημα επίδειξης μπαταριών που βασίζεται στο AGDIB έχει πλέον δημιουργηθεί στο πλαίσιο του έργου INNOBATT, μετά την κλιμάκωση της τεχνολογίας σε μικρά στοιχεία τύπου pouch σε προηγούμενα ερευνητικά έργα, δήλωσε στα τέλη Νοεμβρίου η Frauenhofer IISB, επικεφαλής της κοινοπραξίας του έργου INNOBATT. Η ανάπτυξη αυτού του καινοτόμου συστήματος μπαταριών επικεντρώνεται σε ολόκληρη την αλυσίδα αξίας, από μια βιώσιμη χημεία στοιχείων χωρίς λιθίου μέσω της ενσωμάτωσης ασύρματου συστήματος διαχείρισης μπαταριών (BMS) και τεχνολογιών αμφίδρομων κβαντικών αισθητήρων ρεύματος έως και ζητήματα ανακυκλωσιμότητας.
Σε μια ρεαλιστική δοκιμαστική περίπτωση, το σύστημα επίδειξης INNOBATT αποδεικνύει τη σταθερότητα των στοιχείων μπαταριών νέου τύπου. Ενσωματώνοντας οκτώ στοιχεία τύπου pouch AGDIB με ένα ασύρματο BMS που βασίζεται στην πλατφόρμα BMS ανοιχτού κώδικα foxBMS® από την Fraunhofer IISB με ασφαλή επικοινωνία βασισμένη σε ραδιοσυχνότητες (RF), το πρωτότυπο διαθέτει επίσης έναν νέο κβαντικό αισθητήρα βασισμένο σε διαμάντια για μέτρηση ρεύματος υψηλής ανάλυσης.
www.worldenergynews.gr
