Quer seja usado para fornecimento de energia ou em carros elétricos, os sistemas de bateria atuais são baseados em uma série de células individuais interconectadas, que tem certas desvantagens em termos de eficiência e fabricação. Configurações de bateria bipolar, em contraste, compreendem pilhas compactas de células individuais. Um novo tipo de placa bipolar flexível e extremamente fina permite que as baterias sejam fabricadas de maneira econômica. No Hannover Messe Preview em 24 de janeiro, 2019 (Hall 19) e o próprio Hannover Messe de 1 a 5 de abril, 2019 (Hall 2, Estande C22), pesquisadores do Fraunhofer Institute for Environmental, Tecnologia de Segurança e Energia A UMSICHT apresentará o desenvolvimento desta tecnologia.

Os sistemas convencionais de bateria são extremamente complexos. Eles geralmente consistem em várias células individuais conectadas entre si por meio de fios. Isso não é apenas caro e demorado, também acarreta o perigo de pontos quentes - áreas nas quais os fios ficam muito quentes. Além disso, cada uma dessas células deve ser embalada, o que significa que uma grande parte da bateria consiste em material inativo que não contribui para o desempenho da bateria. As baterias bipolares são projetadas para resolver esse problema conectando as células individuais umas às outras usando placas bipolares planas. Contudo, isso dá origem a outros desafios:ou as placas bipolares são feitas de metal e, portanto, estão sujeitas à corrosão, ou eles são feitos de um composto de polímero de carbono, nesse caso, eles devem ter pelo menos vários milímetros de espessura como resultado do processo de fabricação.

Economia de material de mais de 80 por cento

Pesquisadores do Instituto Fraunhofer para o Meio Ambiente, Segurança e Tecnologia de Energia UMSICHT em Oberhausen agora desenvolveu uma alternativa. “Nós fabricamos placas bipolares de polímeros que foram feitos eletricamente condutores, "diz a Dra. Ing. Anna Grevé, chefe de departamento da Fraunhofer UMSICHT. "Desta maneira, podemos produzir placas muito finas e - em comparação com células convencionais conectadas por fios - economizar mais de 80 por cento do material usado. "

Além disso, o material oferece inúmeras outras vantagens, como o fato de não sofrer corrosão. Outra grande vantagem é que o material pode ser posteriormente remodelado. Isso torna possível, por exemplo, para gravar estruturas, que são importantes para as células de combustível. Além disso, as novas placas bipolares inovadoras podem ser soldadas, portanto, o sistema de bateria resultante é absolutamente apertado. Placas bipolares convencionais, em contraste, são inadequados para soldagem devido ao estresse térmico e mecânico do material durante a fabricação. Juntá-los de forma que nem gases nem líquidos possam passar pelas juntas requer vedações. Contudo, os selos tornam-se rapidamente porosos, e também ocupam espaço.

Outra vantagem do novo material é que os pesquisadores são capazes de adaptar as propriedades das placas bipolares a requisitos específicos. "Podemos fazer pratos tão flexíveis que você pode enrolá-los no dedo, bem como aqueles que são completamente rígidos, "especifica Grevé.

Fabricação econômica por meio da técnica roll-to-roll

O principal desafio consistia em desenvolver o material e o processo de fabricação. "Usamos polímeros e grafites disponíveis comercialmente, mas o segredo esta na receita, "diz Grevé. Como o material é composto de cerca de 80 por cento de grafite e apenas cerca de 20 por cento de polímero, os métodos de processamento têm pouco em comum com o processamento de polímero comum. A equipe de pesquisadores da Fraunhofer UMSICHT optou pela técnica roll-to-roll, que permite uma fabricação econômica, e adaptou usando muito know-how. Afinal, os ingredientes que vão para as placas fabricadas devem ser distribuídos de forma homogênea, e as placas também devem ser mecanicamente estáveis ​​e totalmente estanques. Por causa da estrutura inicial dos materiais, não foi uma tarefa fácil. Contudo, os especialistas também dominaram esse desafio. "Pudemos cumprir todos os requisitos em um processo. Consequentemente, as placas podem ser usadas exatamente como estão quando saem da máquina, "explica Grevé. Outra vantagem da técnica é que as placas podem ser fabricadas em qualquer tamanho.