电池背后的理念是让地球变得更绿色,但它们都是作为需要能源的环境责任开始生活的。SINTEF的研究科学家们已经成功地使用一种能耗低得多的工艺,使电池更便宜、更简单。
“这是一种制造电池电极的新方法,”SINTEF的研究人员TorOlavSunde说。
2019年,特斯拉斥资约20亿挪威克朗收购了美国公司Maxwell Technologies,以获得一项类似的技术,即业内所称的干加工电极。
Sunde会告诉你,电极是任何电池的心脏。它们由金属箔制成,上面覆盖着一层薄薄的活性化学材料。当离子从一个电极移动到另一个电极时,电子以电的形式流动。电池可以用于从手电筒到电话和汽车的所有领域,也可以用于电网平衡的能源系统的主要部件。
需要能源和空间的生产过程
问题是电极制造需要消耗大量能源,占用大量空间。该过程对人和环境都有危害。
Tor Olav Sunde解释道:“离子进出的活性电极材料必须与添加剂混合。”。“这是必要的,以确保电极结合在一起并导电,”他说。
Sunde将这一过程与制作煎饼的过程进行了比较。除了面粉之外,还需要糖来调味,还需要鸡蛋来把煎饼放在一起。添加牛奶以确保所有成分混合在一起。
制造电极时,同样的原则也适用。为了将活性化学材料与添加剂混合,将其与溶剂一起搅拌,形成湿物质,然后将其涂覆到金属箔上。在组装蓄电池之前,必须除去溶剂,这是通过干燥电极来完成的。
对环境有害的溶剂需要昂贵的HSE
Sunde说:“这一过程需要大量能量,制造电池所需能量的三分之一以上可能用于这一干燥过程。”。
“所以,这种干电池系统可能是埃隆·马斯克的梦想,”他补充道。
除去所有溶剂不仅需要大量的能量,而且这个过程还需要很大的空间。用于实现电极完全干燥的干燥炉必须有数十米长。该过程也需要时间,因为电极材料必须以均匀和受控的方式干燥,以防止开裂。
Sunde说:“此外,常用的溶剂可能非常令人讨厌。”。Sunde说:“它们对人有毒,对自然环境有害。你需要大量的系统和设备来回收它们,防止它们被排放。作为过程的一部分,必须安装大量的HSE设备,使其更加复杂和昂贵。”。
切换到“干加工”
所以鈥攖o解决方案。Sunde准备好了干法加工制造的确凿事实。
他说:“我们只需在不使用溶剂的情况下进行混合。活性物质和添加剂是干混合的。”。
最困难的方面是制作薄电极涂层。这就是SINTEF现在正在研究的内容。你不能只是把一些原料混在一起,然后希望事情会好起来。如果事情像那样简单,早就有人发现了。
Sunde说:“我们现在已经测试了许多不同的方法,并了解了很多关于哪些有效,哪些无效的方法。”。他说:“我们还需要热量和压力。我们必须在温度和压力下工作,以使电极具有正确的性能。”。
能源效率是关键
剧透研究人员成功了。
Sunde说:“到目前为止,我们制作的电极看起来非常好。”。“当我们在电池中测试它们时,它们的工作性能似乎与使用溶剂制成的电池一样好。”我们做的煎饼很好吃,没有牛奶!他说。
这意味着大量的能源和经济节约。在实现最终目标之前,还有一段路要走,那就是让大型电池厂降低能耗,更加环保。同时,SINTEF在实验室成功实现了小型干法加工。然而,在该工艺工业化之前,还需要做更多的工作鈥攂在质量和生产规模方面。
托尔奥拉夫·桑德(TorOlavSunde)说:“但我们有了初步的结果,我们已经证明了这一过程是可行的。”。
现在,他正在寻找机会来推进这项技术。
研究人员目前正处于获得知识产权和专利的过程中。所有这些工作完成后,下一阶段将是科学出版。