La tecnologia laser per la produzione efficiente di celle batteria accoppiata a una migliore performance
Le celle batteria ad alta performance sono un prerequisito fondamentale per l’elettrificazione del settore della mobilità. Con questo obiettivo in mente, i ricercatori presso l’Istituto Fraunhofer di Tecnologia Laser ILT ad Aquisgrana hanno sviluppato innovative tecnologie basate sul laser per la produzione di batterie agli ioni di litio, le quali, rispetto a quelle prodotte convenzionalmente, possono essere caricate più velocemente e hanno una vita utile più lunga.
Inoltre, il processo di asciugatura a base di laser nella conduttura di elettrodi a base d’acqua è significativamente più efficiente. Fraunhofer ILT presenterà un dimostratore per mostrare le sue tecnologie laser per la produzione di celle batteria all’avanguardia presso lo stand Fraunhofer (Hall 16, Stand A12) alla fiera di Hannover 2023.
Sia che siano utilizzate in sistemi di accumulo energetico stazionario, che in auto elettriche, autobus, bici e scooter, le batterie giocheranno un ruolo centrale nella mobilità del futuro. Ecco perché i ricercatori di tutto il mondo stanno lavorando al miglioramento della tecnologia delle batterie. Gli scienziati di Fraunhofer ILT ad Aquisgrana hanno recentemente sviluppato due tecnologie di produzione basate sul laser che risparmiano energia in fase di produzione, consentendo anche di creare celle batteria con maggiore densità di potenza e una vita utile più lunga.
Uno dei passaggi chiave nella produzione di batterie agli ioni di litio è la produzione di elettrodi utilizzando il grafite. Per questi elettrodi, una lamina di rame è rivestita con una pasta di grafite utilizzando il processo roll-to-roll e quindi asciugata in un forno continuo a 160-180 gradi Celsius.
Oltre a consumare molta energia, i forni a gas continui, attraverso i quali la lamina di rame è trasportata su una nastro trasportatore, occupano molto spazio: sono tra i 60 e i 100 metri di lunghezza e asciugano fino a 100 metri di lamina al minuto quando vengono utilizzati su scala industriale.
Asciugatura efficiente con laser diodi
I ricercatori di Fraunhofer ILT hanno ora sviluppato un sistema in cui un laser diodo esegue il processo di asciugatura. Il laser con una lunghezza d’onda di 1 micrometro è combinato con un sistema ottico speciale che illumina l’elettrodo su una grande area. L’ottica è stata appositamente progettata per il sistema di asciugatura dal partner industriale di Fraunhofer Laserline.
Samuel Fink, responsabile del gruppo per la lavorazione di film sottili presso Fraunhofer ILT, spiega il principio di base del processo: “A differenza del processo di asciugatura ad aria calda, il nostro laser diodo proietta un raggio ad alta intensità sulla lamina di rame, che è rivestita con una pasta di grafite. Il grafite nero assorbe l’energia. L’interazione risultante fa riscaldare le particelle di grafite e ne fa evaporare il liquido”.
La tecnologia di Fraunhofer fornisce una serie di vantaggi: Rispetto ai forni continui altamente energivori, il laser diodo è molto efficiente dal punto di vista energetico e il sistema emette pochissimo calore nell’ambiente. Inoltre, il sistema di asciugatura laser occupa molto meno spazio rispetto ai forni convenzionali. ” L’asciugatura con il laser diodo ridurrà il consumo di energia necessario fino al 50 percento e lo spazio necessario per un sistema di asciugatura su scala industriale dalmeno il 60 percento”, spiega Fink.
Struttura dell’elettrodo 3D modificata per una migliore performance
Oltre a questi vantaggi, il team di Fraunhofer ILT
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