Iffrankar sinifikanti tal-Enerġija! Il-Ġermanja Tiżviluppa Soluzzjoni Ġdida bbażata fuq il-Laser Għall-Produzzjoni tal-Batterija

Riċentement, grupp ta 'riċerkaturi mill-Istitut Fraunhofer għat-Teknoloġija tal-Lejżer (Fraunhofer ILT) f'Aachen, il-Ġermanja, żviluppaw żewġ teknoloġiji ta' manifattura bbażati fuq il-lejżer li mhux biss jippermettu ffrankar sinifikanti ta 'enerġija fil-produzzjoni, iżda wkoll jippermettu l-manifattura ta' densità ta 'enerġija ogħla, batteriji ta 'ħajja itwal.
Illum, batteriji ta 'prestazzjoni għolja saru prerekwiżit ewlieni għall-elettrifikazzjoni tas-settur tat-trasport. Ir-riċerkaturi fit-tim imsemmi hawn fuq żviluppaw teknoloġija innovattiva tal-laser biex jipproduċu batteriji tal-jone tal-litju - li jistgħu jiġu ċċarġjati aktar malajr u jkollhom ħajja ta 'servizz itwal minn batteriji tal-jone tal-litju prodotti b'mod konvenzjonali. Barra minn hekk, huma użaw lejżers biex jinxef il-batteriji, li jagħmilha mod aktar effiċjenti biex jiksu elettrodi bbażati fuq l-ilma.
Wieħed mill-passi ewlenin fil-produzzjoni ta 'batteriji tal-jone tal-litju huwa l-fabbrikazzjoni ta' elettrodi bbażati fuq il-grafita. Għal dawn l-elettrodi, jintuża proċess roll-to-roll biex jiksi l-fojl tar-ram b'pejst tal-grafita, li mbagħad jitnixxef f'forn kontinwu fi 160-180 gradi Celsius. Fran kontinwi li jaħdmu bil-gass (li jġorru fojl tar-ram fuq conveyor belt) jieħdu ħafna spazju minbarra li jikkunsmaw ħafna enerġija: huma tipikament twal 60-100 metri u tipikament jistgħu jinxef 100 metru fojl tar-ram kull minuta meta topera fuq skala industrijali.
Tnixxif taċ-ċelluli effiċjenti bil-lejżers
Ir-riċerkaturi tal-Fraunhofer ILT żviluppaw sistema li tuża laser diode biex tħaffef il-proċess tat-tnixxif. Ir-raġġ tal-lejżer għandu wavelength ta '1 mikron u huwa amplifikat minn ottiċi speċjali li jippermettu li żona akbar tiġi irradjata mill-elettrodi.
L-ottika kienet iddisinjata speċifikament għas-sistema tat-tnixxif mis-sieħeb industrijali ta 'Fraunhofer Laserline. Samuel Fink, kap tal-grupp tal-ipproċessar tal-film irqiq fl-Istitut Fraunhofer għat-Teknoloġija Industrijali, jispjega l-prinċipju wara l-proċess: "B'kuntrast mal-proċess tat-tnixxif bl-arja sħuna, il-lejżer tad-dijodu tagħna jipproġetta raġġ ta 'intensità għolja fuq fojl tar-ram. miksija b'pejst tal-grafita. Il-grafita sewda tassorbi l-enerġija. L-interazzjoni li tirriżulta tikkawża li l-partiċelli tal-grafita jisħnu, u mbagħad il-likwidu jevapora."
It-teknoloġija ta 'Fraunhofer ILT toffri numru ta' benefiċċji: il-laser tad-dijodu huwa effiċjenti ħafna fl-enerġija meta mqabbel ma 'fran kontinwi li jikkunsmaw l-enerġija, u s-sistema tirrilaxxa ftit li xejn sħana fl-ambjent. Barra minn hekk, is-sistemi tat-tnixxif bil-lejżer jieħdu inqas spazju minn fran konvenzjonali. Skont Samuel Fink, "It-tnixxif b'lejżer diode se jnaqqas ir-rekwiżiti tal-enerġija sa 50 fil-mija u jnaqqas l-ispazju meħtieġ għal sistemi ta 'tnixxif fuq skala industrijali b'mill-inqas 60 fil-mija."
Struttura mtejba tal-elettrodu 3D ittejjeb il-prestazzjoni
Minbarra dawn il-benefiċċji, it-tim Fraunhofer ILT kien kapaċi juża l-lejżer biex iżid id-densità tal-enerġija u l-ħajja tal-batteriji tal-jone tal-litju. Lejżer tal-polz ultrashort (USP) b'qawwa għolja b'enerġija tal-polz ta '1 millijoule jintroduċi struttura ta' toqba msejħa kanal fl-elettrodu tal-batterija. Dawn il-kanali jaġixxu bħala "awtostradi" għall-joni - iqassru b'mod sinifikanti d-distanza li l-joni għandhom jivvjaġġaw, u jqassru l-proċess tal-iċċarġjar. Fl-istess ħin, dan jipprevjeni d-difetti milli jidhru, u b'hekk jiżdied in-numru ta 'ċikli ta' ċċarġjar u fl-aħħar mill-aħħar testendi l-ħajja tal-batterija.
Il-proċess ibbażat fuq il-lejżer għall-fabbrikazzjoni ta' strutturi tat-toqob u l-impatt pożittiv tiegħu fuq il-batteriji huwa teoretikament ovvju, u r-riċerkaturi ta' Fraunhofer ILT irnexxielhom jittraduċu l-kunċett fil-prattika: mil-laboratorju għal proċess skalabbli, lest għall-industrija li juża impulsi ultrashort ta' radjazzjoni tal-lejżer. fil-medda femtosecond biex timmodifika, u tixgħel, l-istrutturi tal-elettrodi.
Matthias Trenn, kap tat-tim tal-istruttura tal-wiċċ ta 'Fraunhofer ILT, jispjega, "Il-ħinijiet qosra ta' interazzjoni tal-impulsi tal-lejżer huma biżżejjed biex jitneħħew il-materjal, iżda wkoll biex jipprevjenu t-toqob milli jiddewweb, li jfisser li ċ-ċelloli ma jitilfux il-qawwa."
Waħda mill-isfidi li darba ffaċċja t-tim kienet kif timmaniġġja żoni akbar biex tikseb il-produzzjoni tal-volum meħtieġ għall-produzzjoni industrijali. It-tim ta 'Fraunhofer solva din il-problema billi uża arranġament b'ħafna raġġi u kontroll tal-proċess parallel: is-soluzzjoni tagħhom tuża erba' skaners, kull wieħed b'sitt raġġi, biex tipproċessa l-fuljetti b'mod parallel. Huma jkopru wisa 'ta' 250 mm u jipproċessaw is-saffi tal-grafita kontinwament. Huwa rrappurtat li din is-sistema ottika b'ħafna raġġi ġiet żviluppata u implimentata minn Fraunhofer ILT f'kooperazzjoni mill-qrib mal-kumpanija spin-off tagħha Pulsar Photonics GmbH.
Ir-riċerka mwettqa mit-tim imsemmi qabel uriet li t-teknoloġija tal-laser tista 'tintuża bħala proċess ta' produzzjoni diġitali biex ittejjeb il-kwalità taċ-ċelloli u żżid b'mod sinifikanti s-sostenibbiltà tal-proċess tal-manifattura. Bħala pass li jmiss, jittamaw li jimplimentaw it-teknoloġija minn estensjonijiet prototip għal linji ta 'produzzjoni industrijali.