Compacte accu’s dankzij flexibele, bipolaire polymeer-platen

30 januari 2019, 16:46
Redox-flow-cel van 2.500 cm2 met een flexibele bipolaire plaat. Afbeelding: UMSICHT/Fraunhofer.
Redox-flow-cel van 2.500 cm2 met een flexibele bipolaire plaat. Afbeelding: UMSICHT/Fraunhofer.
De huidige accuconcepten zijn gebaseerd op een groot aantal enkelvoudige cellen die met elkaar zijn verbonden. Dat brengt nadelen bij de fabricage met zich mee en vermindert de efficiëntie. Bij constructies op basis van flexibele bipolaire platen kunnen enkelvoudige cellen heel compact worden gestapeld, wat voordelige productie van accu’s mogelijk maakt.

Conventionele accupacks bestaan meestal uit meerdere met elkaar verbonden enkelvoudige cellen. Die zijn niet alleen bewerkelijk bij de fabricage, maar leiden tijdens het gebruik tot het gevaar van hot spots: plaatsen waar de kabels en/of de individuele cellen te heet worden. Bovendien moeten alle cellen individueel worden verpakt. Het resultaat: een groot deel van het accupakket bestaat uit inactief materiaal, waar geen energie in wordt opgeslagen. Dit probleem moet worden opgelost met een nieuw concept: daarbij worden de individuele cellen met elkaar verbonden door middel van vlakke bipolaire platen. Dit brengt wel nieuwe problemen met zich mee: bipolaire platen zijn ofwel vervaardigd van metaal en dus gevoelig voor corrosie of ze worden gefabriceerd uit een mix van kunststof en koolstof en kunnen dan alleen worden gefabriceerd met een dikte van meerdere millimeters.

Gebruik van minder materiaal

Bij het Fraunhoferinstituut voor omgevings-, veiligheids- en energietechniek UMSICHT in Oberhausen is een nieuw alternatief ontwikkeld. De bipolaire platen worden daarbij gemaakt uit geleidende polymeren. Op die manier kunnen heel dunne platen worden gerealiseerd, waarbij 80 % minder materiaal nodig is dan bij conventionele accu’s uit bedrade enkelvoudige cellen. Andere voordelen zijn: er is geen kans op corrosie en de materialen kunnen achteraf worden vervormd. Er kunnen ook structuren voor brandstofcellen worden ingeperst.
Bovendien kunnen we deze nieuwe bipolaire platen lassen, zodat het resulterende accupakket absoluut gesloten is. Conventionele bipolaire platen kunnen niet worden gelast vanwege de thermische en mechanische belasting die dat met zich meebrengt. Bovendien zijn er bij de assemblage afdichtingen nodig, die toch snel lek kunnen raken en meer ruimte innemen.
Een ander voordeel is dat deze innovatieve platen kunnen worden vervaardigd met een verschillende flexibiliteit. Volgens de onderzoekers kunnen zowel heel buigzame en flexibele als ook keiharde platen worden geproduceerd.

 
Zeer flexibele bipolaire plaat. Afbeelding: UMSICHT/Fraunhofer.

Kostenbesparende fabricage

De uitdagingen lagen vooral in het ontwikkelen van het materiaal en geschikte fabricageprocessen. Er is weliswaar gebruik gemaakt van bekende polymeren en grafieten, maar de sleutel lag in het exacte recept: het materiaal bestaat voor ongeveer 80 % uit grafiet en slechts voor ongeveer 20 % uit kunststof. Daardoor zijn duidelijk andere verwerkingsprocessen te gebruiken dan bij de normale verwerking van kunststof. Tenslotte is een zogenaamd „roll-to-roll-proces“ ontwikkeld, een bijzonder voordelige fabricagetechniek. De uitdagingen, waar de onderzoekers mee te maken hadden, waren: de samenstellende stoffen van de geproduceerde platen moesten homogeen verdeeld zijn en de platen moesten mechanisch stabiel en compleet dicht zijn. Vanwege de beginstructuur van de materialen was dat niet gemakkelijk. Al deze problemen konden worden opgelost met de ontwikkelde techniek. De gefabriceerde platen kunnen meteen worden gebruikt, zoals ze uit de productiemachine komen. Wat ook heel belangrijk is: de platen kunnen in bijna alle gewenste afmetingen worden geproduceerd.

Presentatie op de Hannover Messe

In samenwerking met SAUERESSIG GmbH is het tot nu toe gebruikelijke productieproces van bipolaire platen voor brandstofcellen omgezet in een continu proces, wat het mogelijk maakte om proefmonsters van de nieuwsoortige bipolaire platen te vervaardigen. Het project werd gesubsidieerd door het BMWi (Bundesministerium für Wirtschaft und Energie). Bij de preview voor de Hannover Messe op 24 januari 2019 werd het materiaal getoond in verschillende varianten van heel dun en flexibel tot zeer hard. Op de Hannover Messe van 1 tot 5 april 2019 zal dan in hal 2, stand C22 een 3,2 m² metende bipolaire plaat te zien zijn, waarmee grote redox-flow-accu’s kunnen worden geproduceerd.
 
Reacties worden ingeladen...
gerelateerde items