Bolje baterije za električne automobile

Novi simulacijski softver trebao bi ubrzati razvojni proces

NAJBOLJI simulacijski softver mikroskopski prikazuje bateriju, a porozne elektrode mogu se vidjeti s desne i lijeve strane. © Fraunhofer ITWM
čitati naglas

Uskoro dolazi do proboja električnog automobila. To se uglavnom događa zbog baterija. Litij-ionske baterije još su preskupe, rasponi im preniski. Novi materijali trebali bi osigurati bolje baterije. Softver za simulaciju istraživača Fraunhofera pomaže ubrzati razvojni proces.

Električni automobili su budućnost - politika i automobilska industrija se slažu oko toga. Savezna vlada želi uspostaviti Njemačku kao vodeće tržište električne mobilnosti. Do 2020. godine milion automobila vozit će se električnim pogonom na njemačkim cestama. Početne su šanse dobre: ​​kao što je utvrdio ADAC u anketi, 74 posto ispitanih kupilo bi električni automobil, ako ne zahtijevaju kompromise u pogledu troškova, udobnosti i sigurnosti.

Domet mora biti ispravan

Međutim, potrošači ne žele kompromitirati svoj asortiman. Otprilike jedna trećina automobilista voljela bi moći voziti najmanje 500 kilometara. I tu je najvažnije: premalo stanica za punjenje i malo trajanja baterije do sada su spriječili da električni automobili prevladaju. Litij-ionske baterije koje većina proizvođača automobila koristi preteške su, preskupe i prebrzo prazne. Novi su materijali stoga namijenjeni poboljšanju skladištenja energije u smislu kapaciteta, performansi, radnog vijeka i sigurnosti.

Ali razvoj takvih materijala zahtijeva mnogo vremena i skupo. No, istraživači iz Fraunhofer instituta za industrijsku matematiku ITWM u Kaiserslauternu sada su razvili softver za simulaciju litij-ionskih baterija, koji bi trebao ubrzati taj proces i učiniti ga učinkovitijim. BEST, skraćenica za Simulacijski alat za baterije i elektrokemiju, naziv je novog softvera.

Ispitivanje prema principu pokušaja i pogreške je eliminirano

Litij-ionska baterija sastoji se od dvije porozne elektrode odvojene elektrolitskim separatorom. Prilikom punjenja i pražnjenja baterije, litij-ioni izmjenjuju se između elektroda. prikaz

„Učinak baterije ovisi o materijalima koji se koriste u komponentama. One se moraju međusobno uskladiti. Pomoću našeg softvera mogu se simulirati različite kombinacije materijala. Tako možete saznati odgovarajući sastav. Prethodno suđenje prema načelu pokušaja i pogreške je eliminirano ", kaže Jochen Zausch, znanstvenik s ITWM-a.

Struktura elektroda prikazana u tri dimenzije

Istraživači su uspjeli predstaviti kompletnu stanicu akumulatora, kao i transportne i reakcijske procese litijevih iona, kako na makroskopskoj, tako i na mikroskopskoj razini. "Možemo pokazati mikroskopsku strukturu elektroda. Svake pojedine deset mikronske pore mogu se vidjeti. To ne čini nijedan od trenutno dostupnih komercijalnih programa. Položaj i oblik elektroda također se mogu mijenjati, kaže Zausch.

Prostornim rješavanjem strukture elektroda i njihovom trodimenzionalnom prikazivanju mogu se izračunati parametri poput omjera koncentracije litijevih iona, koncentracije elektrolita i gustoće struje, kažu istraživači. Proračuni se provode posebnom, samoprogramiranom metodom konačnog volumena, koju su znanstvenici integrirali u softver.

Točne točke brzo su se identificirale

Na primjer, raspodjela struje daje podatke o proizvodnji topline u bateriji. Softver se brzo uočava "vruće točke" koja se zagrije i upali. Efekti starenja mogu se ocjenjivati ​​i prema znanstvenicima s BEST-a. Jer razvoj temperature utječe na vijek trajanja baterija. Cilj istraživača je proširiti program starom modelom, što dalje pojednostavljuje ova istraživanja.

"U konačnici, BEST bi trebao pomoći i proizvođačima automobila i proizvođačima sustava za pohranu električne energije da izgrade stabilne i sigurne baterije s većim dometom i poboljšanim performansama za ubrzanje", sažima Zausch. Istraživači Fraunhofera predstavit će svoj softver prvi put u Hannover Messeu od 4. do 8. travnja 2011. godine.

(Fraunhofer Gesellschaft, 14.03.2011. - DLO)