В быстро развивающемся мире электромобильности аккумуляторы часто создаются для узкоспециализированных задач, что ограничивает их адаптивность и замедляет внедрение инноваций. Европейский исследовательский проект VERSAPRINT бросает вызов этому подходу, предлагая новое поколение аккумуляторных систем – модульных, многофункциональных и экологичных с самого начала. Цель проекта – создать универсальные батареи, готовые к интеграции в различные секторы транспорта, от авиации и автомобилей до железнодорожного и водного транспорта.
В то время как основное внимание в индустрии приковано к плотности энергии и стоимости, VERSAPRINT фокусируется на интеграции интеллектуальных, легких и перерабатываемых компонентов с помощью аддитивных технологий, таких как 3D-печать. Задача проекта – разработать более безопасные и адаптируемые аккумуляторные системы, которые позволят европейской промышленности занять лидирующие позиции в мировой гонке за технологиями хранения энергии.
Современные аккумуляторные блоки часто производятся по принципу «один размер для всех», однако потребности разных видов транспорта сильно различаются. VERSAPRINT решает эту проблему с помощью модульной архитектуры, состоящей из интеллектуальных «строительных блоков». Каждый такой блок отвечает за определенную функцию: терморегулирование, межсоединения, датчики или структурную защиту. Эти компоненты можно комбинировать, адаптируя их под конкретные химические составы элементов, напряжение и область применения. Такой подход ускоряет разработку и упрощает кастомизацию.
Центральным элементом стратегии VERSAPRINT является 3D-печать, которая используется для достижения функциональности, недоступной традиционным методам. «Мы используем передовую 3D-печать, чтобы напрямую встраивать функции и ценность в аккумуляторную систему, – объясняет Лиза-Лу Грасиа, менеджер проекта в CEA. – С ее помощью мы можем добавлять антипирены, интегрировать сложные внутренние структуры для отвода тепла или уменьшать количество деталей за счет многофункциональности».
Например, напечатанные на 3D-принтере микроканалы на основе кремния для системы охлаждения позволяют снизить вес более чем на 25% по сравнению с традиционными металлическими аналогами. Это решение не только эффективно охлаждает ячейки, но и повышает плотность энергии и мощности за счет поддержания оптимальной температуры во время быстрой зарядки и разрядки.
Одним из ключевых достижений проекта стал инструмент моделирования Decision Tool, созданный на базе MATLAB Simulink. Он позволяет инженерам проектировать оптимальные аккумуляторные модули, учитывая такие параметры, как напряжение, емкость, формат ячеек и даже их старение. Инструмент предлагает лучшие химические составы и комбинации «строительных блоков» VERSAPRINT для конкретного применения, балансируя между производительностью, весом, стоимостью и безопасностью. Это значительно ускоряет проектирование и снижает риски.
В отличие от многих проектов, где оценка экологичности проводится на заключительном этапе, VERSAPRINT интегрирует принципы экодизайна с самого начала. Например, в печатных датчиках используются чернила на водной основе из биосырья, что исключает применение токсичных растворителей. Шины для соединения ячеек спроектированы для быстрой ручной разборки и повторного использования. Одна из конструкций сокращает время демонтажа модуля с более чем двух часов до 13 минут, а стоимость этого процесса падает с 3,99 евро/кВт·ч до 0,36 евро/кВт·ч – настоящий прорыв для экономики переработки.
Безопасность является краеугольным камнем проекта. Все компоненты системы направлены на предотвращение или смягчение последствий теплового разгона – основной причины отказа литий-ионных батарей. Система охлаждения предотвращает перегрев, 3D-печатные датчики отслеживают ранние признаки аварии, а газовый фильтр охлаждает выбрасываемые газы, снижая их температуру вдвое и предотвращая распространение огня на соседние ячейки.
Технологии VERSAPRINT разрабатываются при активном участии промышленных гигантов, таких как Airbus, BMW и Turkish Aerospace. Их практические вопросы – от соответствия корпусов нормам электромагнитной совместимости до надежности разъемов в суровых условиях – помогают адаптировать лабораторные разработки к реальным требованиям рынка. Прототипы уже проходят строгие испытания на ударопрочность и вибрацию.
По предварительным оценкам, новая технология позволит на 15% улучшить массовую плотность энергии, а время работы на высокой мощности увеличится с 15 до 30 минут без ущерба для безопасности. Проект, координируемый Комиссариатом по атомной и альтернативным видам энергии Франции (CEA), демонстрирует, как комплексный подход может объединить эффективность и принципы циркулярной экономики, создавая основу для будущего электрифицированного транспорта на суше, на море и в воздухе.
+ There are no comments
Add yours