Dalam proyek UE empat tahun yang dipimpin oleh EMPA, sebelas kolaborator dari penelitian dan industri berhasil meningkatkan baterai secara signifikan untuk mobil listrik. Salah satu tujuan utama dari proyek ini adalah untuk meningkatkan bahan dan teknologi baru sehingga mereka dapat dibawa ke pasar secepat mungkin.
Tidak ada mobil baru dengan mesin pembakaran yang dijual di Eropa setelah 2035. Untuk mencapai tujuan ambisius ini, satu hal yang diperlukan di atas semua: baterai yang lebih baik sehingga mobil listrik dapat mengisi lebih cepat, menempuh jarak yang lebih jauh dan memiliki jejak ekologis yang lebih kecil. Sejumlah besar proyek penelitian besar mendukung baterai dan industri otomotif dalam mengembangkan baterai di masa depan. Salah satunya, proyek Horizon 2020 yang disebut Sense, sampai pada kesimpulan yang sukses pada awal 2024.
Proyek empat tahun UE dengan anggaran keseluruhan lebih dari 10 juta euro dimulai dan dipimpin oleh para peneliti dari Laboratorium Bahan-Bahan untuk Konversi Energi EMPA. Pada saat panggilan untuk proposal, laboratorium yang relatif baru hampir tidak dikenal di bidang penelitian baterai. Kepala laboratorium Corsin Battaglia tahu bahwa untuk menjadi bagian dari proyek baterai Eropa, ia dan timnya harus meluncurkan satu sendiri. Dan ini mereka lakukan: Battaglia dan rekannya Ruben-Simon Kühnel mampu membujuk lembaga dan perusahaan industri dari seluruh dunia untuk bergabung dengan mereka, dan bersama-sama, mereka mendapatkan dana.
Tujuan Sense adalah pragmatis dan ambisius. Eleven Collaborators ingin mengembangkan solusi untuk generasi baterai lithium -ion berikutnya – yang berikutnya, menekankan Battaglia, dan bukan yang setelah itu. Dengan kata lain: Di akhir proyek, bahan dan teknologi yang dikembangkan harus sedekat mungkin dengan produksi skala industri, dan karenanya digunakan dalam mobil listrik. “Kami juga meneliti teknologi baterai yang berpotensi lebih baik daripada baterai lithium -ion – lebih berkelanjutan, lebih aman dan dengan kepadatan energi yang lebih tinggi,” kata Battaglia. “Tapi itu masih beberapa tahun sebelum mereka dapat diproduksi secara industri. Dalam arti, kami ingin mengembangkan teknologi yang dapat dipasang di mobil listrik siap-pasar dalam beberapa tahun.”
Untuk mencapai hal ini, tim yang terlibat bekerja melalui hampir seluruh rantai nilai produksi baterai hanya dalam empat tahun: dari pengembangan bahan baru dan meningkatkannya hingga memasangnya dalam sel baterai. Sel -sel kantong, yang kira -kira seukuran smartphone, diproduksi oleh Austrian Institute of Technology (AIT). FPT Motorenforschung AG, pusat inovasi merek industri FPT, milik Iveco Group, kemudian dapat memasang sel dalam modul siap pakai seperti yang digunakan dalam kendaraan listrik-termasuk elektronik dan perangkat lunak terkait.
Modul Sense memiliki beberapa peningkatan atas baterai saat ini: kepadatan energi yang lebih tinggi dan keseimbangan lingkungan yang lebih menguntungkan, kemampuan pengisian cepat dan peningkatan keselamatan kebakaran-dan, tentu saja, efektivitas biaya. Semua komponen inti baterai dikembangkan lebih lanjut dalam proyek. Katoda hanya berisi setengah dari kobalt bahan baku kritis seperti baterai saat ini. Dalam anoda, kolaborator dapat menggantikan beberapa grafit – juga diklasifikasikan sebagai kritis justru karena produksi baterai – dengan silikon, salah satu elemen paling umum di kerak bumi.
Elektrolit – cairan yang mentransfer ion antara elektroda dan dengan demikian memungkinkan baterai untuk diisi dan dibuang – juga telah ditingkatkan. Di sini, para peneliti memimpin upaya pengembangan. “Elektrolit konvensional mudah terbakar,” jelas peneliti EMPA Kühnel. “Kami dapat sangat mengurangi kemampuan terbakar dengan menggunakan aditif tertentu tanpa merusak konduktivitas, yang merupakan kunci untuk pengisian dan pemakaian cepat.” Untuk lebih meningkatkan kemampuan pengisian cepat, Coventry University dan FPT Motorenforschung AG juga mengembangkan sistem manajemen suhu yang canggih untuk modul percontohan. Sensor yang tertanam langsung di dalam sel memantau suhu di dalam baterai secara real time. Algoritma yang dikembangkan secara khusus kemudian dapat mengisi daya sel dengan cukup cepat untuk mencegah kerusakan dari kepanasan.
Battaglia dan Kühnel melihat skalabilitas dan transfer langsung ke industri sebagai keberhasilan terbesar proyek. Tim industri telah dapat mendaftarkan beberapa paten untuk perkembangan baru yang dihasilkan dari akal, membangun pabrik pilot dan mengamankan pembiayaan, serta memasukkan pengetahuan baru mereka ke dalam teknologi baterai lainnya. Perusahaan kimia Huntsman telah meluncurkan aditif konduktif yang digunakan dalam elektroda indera di pasaran, di mana sekarang tersedia untuk produsen baterai.
Jalan menuju kesuksesan bukan tanpa rintangannya. Selain tantangan organisasi utama yang ditimbulkan oleh pandemi, rantai pasokan yang tidak stabil dan kenaikan harga bahan baku dan energi, ada juga kesulitan teknis. Misalnya, sel prototipe belum stabil seperti penskalaan, meskipun berhasil, juga jauh dari lengkap. “Kami telah meningkatkan semua perkembangan baru dari laboratorium hingga skala pilot,” kata Battaglia. “Untuk produksi dalam apa yang disebut gigafactory, dari, misalnya, mitra proyek Northvolt, menghasilkan beberapa jam baterai gigawatt per tahun, seluruh proses produksi material harus ditingkatkan sekali lagi, katakanlah, dengan faktor 1000.” Ini akan membutuhkan komitmen industri.
Sementara itu, para peneliti sudah mengalihkan perhatian mereka ke proyek baterai Eropa berikutnya. Sense memiliki tiga proyek saudara perempuan yang didanai dalam seruan yang sama untuk proposal. “Kami telah mendirikan cluster bersama untuk riset baterai, dan kami secara teratur bertukar ide dan hasil,” kata Kühnel. Koordinator dari empat proyek kini telah meluncurkan proyek penelitian horizon Eropa bersama yang disebut Intelligent. Tujuannya adalah untuk mengembangkan sel tegangan tinggi bebas kobalt untuk mobil listrik.
The Horizon 2020 Project Sense bertujuan untuk mengembangkan baterai lithium-ion generasi berikutnya dan memperkuat industri baterai Eropa. Proyek empat tahun dipimpin oleh EMPA dan didukung oleh UE dengan 10 juta euro. The academic collaborators involved were the University of Münster, the Helmholtz Institute Münster, Coventry University in the UK, the AIT Austrian Institute of Technology and the Center for Solar Energy and Hydrogen Research Baden-Württemberg (ZSW), as well as several industrial partners: the Swedish battery manufacturer Northvolt, the Swiss Innovation center of FPT Industrial, namely FPT Motorenforschung AG, the Start-up Prancis Solvionic and Enwires dan The Chemical Company Huntsman, yang mengoperasikan situs penelitian di Basel.
