Qu'il soit utilisé pour l'alimentation électrique ou dans les voitures électriques, les systèmes de batteries actuels sont basés sur une série de cellules individuelles interconnectées, qui présente certains inconvénients en termes d'efficacité et de fabrication. Configurations de batterie bipolaire, en revanche, comprennent des piles compactes de cellules individuelles. Un nouveau type de plaque bipolaire flexible et extrêmement mince permet de fabriquer des batteries de manière rentable. Au Hannover Messe Preview le 24 janvier, 2019 (Hall 19) et la Hannover Messe elle-même du 1er au 5 avril, 2019 (Salle 2, stand C22), chercheurs de l'Institut Fraunhofer pour l'environnement, Technologie de la sécurité et de l'énergie L'UMSICHT présentera le développement de cette technologie.

Les systèmes de batteries conventionnels sont extrêmement complexes. Ils se composent généralement de plusieurs cellules individuelles qui sont reliées les unes aux autres par des fils. Non seulement cela coûte cher et prend du temps, cela entraîne également le danger de points chauds - des zones dans lesquelles les fils deviennent trop chauds. En outre, chacune de ces cellules doit être emballée, ce qui signifie qu'une grande partie de la batterie est constituée de matériaux inactifs qui ne contribuent pas aux performances de la batterie. Les batteries bipolaires sont conçues pour résoudre ce problème en connectant les cellules individuelles les unes aux autres à l'aide de plaques bipolaires plates. Cependant, cela pose d'autres défis :soit les plaques bipolaires sont métalliques et donc sujettes à la corrosion, soit ils sont constitués d'un composite carbone-polymère, auquel cas ils doivent avoir au moins plusieurs millimètres d'épaisseur en raison du processus de fabrication.

Économies de matière de plus de 80 pour cent

Des chercheurs de l'Institut Fraunhofer pour l'environnement, Sécurité et technologie énergétique UMSIHT à Oberhausen a maintenant développé une alternative. "Nous fabriquons des plaques bipolaires à partir de polymères rendus électriquement conducteurs, " dit Dr.-Ing. Anna Grevé, chef de service chez Fraunhofer UMSICHT. "De cette façon, nous pouvons produire des plaques très minces et – par rapport aux cellules conventionnelles reliées par des fils – économiser plus de 80 % du matériau utilisé. »

En outre, le matériau offre de nombreux autres avantages, comme le fait qu'il ne se corrode pas. Un autre avantage majeur est que le matériau peut être ultérieurement remodelé. Cela permet, par exemple, pour gaufrer des structures, qui sont importants pour les piles à combustible. De plus, les nouvelles plaques bipolaires innovantes peuvent être soudées ensemble, le système de batterie résultant est donc absolument étanche. Plaques bipolaires conventionnelles, en revanche, sont inadaptés au soudage en raison des contraintes thermiques et mécaniques du matériau lors de la fabrication. Les assembler de manière à ce que ni les gaz ni les liquides ne puissent passer à travers les joints nécessite des joints. Cependant, les joints deviennent rapidement poreux, et ils prennent aussi de la place.

Un autre avantage du nouveau matériau est que les chercheurs sont capables d'adapter les propriétés des plaques bipolaires à des exigences spécifiques. "Nous pouvons fabriquer des assiettes si flexibles que vous pouvez les enrouler autour de votre doigt, ainsi que ceux qui sont complètement raides, " précise Grevé.

Fabrication rentable grâce à la technique roll-to-roll

Le principal défi consistait à développer le matériau et le procédé de fabrication. "Nous utilisons des polymères et des graphites disponibles dans le commerce, mais le secret est dans la recette, " dit Grevé. Comme le matériau est composé d'environ 80 pour cent de graphite et seulement environ 20 pour cent de polymère, les méthodes de traitement ont peu de points communs avec le traitement ordinaire des polymères. L'équipe de chercheurs de Fraunhofer UMSICHT a opté pour la technique du roll-to-roll, qui permet une fabrication rentable, et l'a adapté en utilisant beaucoup de savoir-faire. Après tout, les ingrédients qui entrent dans les assiettes fabriquées doivent être répartis de manière homogène, et les plaques doivent également être stables mécaniquement et complètement étanches. En raison de la structure initiale des matériaux, ce n'était pas une mince affaire. Cependant, les experts ont également maîtrisé ce défi. « Nous avons pu répondre à toutes les exigences en un seul processus. Par conséquent, les plaques peuvent être utilisées telles quelles à la sortie de la machine, " explique Grevé. Un autre avantage de la technique est que les plaques peuvent être fabriquées dans n'importe quelle taille.