Algemeen
elektronen voor lithium-zwavel cellen
Elektroden met anode uit siliciumlegering voor lithium-zwavel-cellen (foto: Fraunhofer-IWS).

Onlangs beëindigde de Fraunhofer-Gesellschaft met succes het LiScell project. In het project werd de lithium-zwavel technologie onderzocht, die met geringe materiaalkosten en hoge energiedichtheid een aantrekkelijke oplossing voor de opslag van energie voor de mobiliteit van de toekomst kan zijn.

De efficiënte opslag van elektrische energie is het knelpunt voor alle mobiele elektronische toepassingen. Gewicht en kosten per kW opslagcapaciteit van de batterij zijn bepalend voor het toepassingsgebied van een product. Voor de elektromobiliteit veroorzaakt de opslag bijvoorbeeld een groot deel van de totale kosten van het voertuig.

Tegelijkertijd is de actieradius van volledig elektrische auto’s met lithium-ionen-technologie beperkt tot circa 150 km. Er is dus grote behoefte aan nieuwe opslagmethoden met hoge energiedichtheid en geringe kosten.

Lithium-zwavel batterij

Een nieuw soort lithium-zwavel batterij kan hiervoor de oplossing bieden, aangezien hiervoor in de toekomst energiedichtheden tot 500 Wh/kg worden verwacht. Gelijktijdig wordt bij deze technologie het dure kathodemateriaal van de lithium-ionen-cellen vervangen door goedkoop, niet giftig en nagenoeg onbegrensd beschikbaar zwavel. De laatste drie jaar is in  het kader van het LiScell-project aan de verdere ontwikkeling van lithium-zwavel-batterijcellen gewerkt op basis van nieuwe elektrolyten en anoden.

De Fraunhofer-Instituten für Werkstoff- und Strahltechnik (IWS), für Organische Elektronik, Elektronenstrahl- und Plasmatechnik (FEP) en für Verkehrs- und Infrastruktursysteme (IVI) in Dresden en het Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie (ICT) in Pfinztal hielden zich behalve met de materiaalontwikkeling ook bezig met schaalbare productiemethoden voor anode en kathode en met de opbouw van batterijmodules. Het doel is de lithium-zwavel-technologie voor de elektromobiliteit verder te ontsluiten.

Goedkoop en hoge energiedichtheid

De technologie kenmerkt zich door geringe materiaalkosten en hoge energiedichtheid en zou aldus een aantrekkelijke oplossig voor de energieopslag voor toekomstige mobiliteit kunnen vormen. De grootste uitdaging hierbij is de geringe cyclische stabiliteit van de cellen. Li-S-cellen bereiken nu al en tot 40% hogere energiedichtheid (tot 400 Wh/kg) als de beste lithium-ionen-cellen, maar ze kunnen maar vijftig tot honderd keer opnieuw worden opgeladen en gebruikt.

De reden daarvoor zijn ontbindingsreacties van de elektrolyten aan het anode-oppervlak, die uit metallisch lithium bestaan. De wetenschappers richtten zich op deze uitdaging en ontwikkelden een celconcept op basis van anoden uit siliciumlegering ter vervanging van het metallische lithium.

Aan Fraunhofer-IWS kon dit nieuwe anode- en celconcept in Li-S en Li-ionen prototypecellen worden gerealiseerd en gedemonstreerd. Hier ontstonden ook nieuwe oplossingen voor de productie van de zwavelkathoden. Met de droge-film-methode van het instituut kunnen poedervormige actieve materialen zonder toepassing van oplosmiddelen tot elektroden met hoge capaciteit worden verwerkt.

De voordelen van de siliciumanode-techniek werd verder uitgewerkt tijdens veiligheidstests bij ICT. De Li-S cellen hebben een duidelijk voordeel ten opzichte van conventionele energieopslagmethoden: ze hebben een hoge bestandheid tegen te hoge belasting en thermische belasting. Met de siliciumanode kon een thermische afbraak van de cellen zelfs bij een temperatuur van meer dan 300°C worden vermeden.

De toekomst

Een precieze kennis van de laad- en verouderingstoestand vormt de voorwaarde voor een betrouwbaar gebruik van batterijen. De conventionele bepaling van de laadtoestand werkt namelijk net bij deze nieuwe celtechnologie. De sleutel voor de praktische toepassing van de nieuwe technologie ligt in de geschikte combinatie van data- en modelgebaseerde bepalingsmethoden voor lading en veroudering.

Tot slot gaat het er om geschikte en efficiënte productiemethoden uit te proberen. Met een nieuwe vacuüm-coatingtechnologie zouden siliciumlagen met een speciale microstructuur via de rol-op-rol methoden op beide zijden op dunne folies van een stroomcollector uit koper kunnen worden neergeslagen.

De lagen blijken zowel voor lithium-zwavel als voor Li-ionen cellen een geschikt anodemateriaal met een duidelijk potentieel voor verdere stijging van de volume-energiedichtheid ten opzichte van conventionele oplossingen.

  • Artificial Intelligence in Onderhoud

    Woensdag 19 mei 10.00 – 10.45 uur Het verbinden van machines met de cloud is een eerste stap in het inzichtelijk maken van big data. U bepaalt echter de waarde ervan. Machine Learning-algoritmen identificeren anomalieën binnen de enorme hoeveelheden gegenereerde gegevens. Door Machine Learning te… Lees verder →

  • Parker instrumentatiecatalogus

    Parker presenteert nieuwe instrumentatiecatalogus

    Parker heeft een nieuwe catalogus voor zijn uitgebreide programma instrumentatie uitgebracht. (foto: Parker)Met de meest recente uitvoering van de H-serie focust Parker op veiligheid, betrouwbaarheid, efficiënt gebruik en verminderde lekkage. Dit alles wordt gecombineerd met de opgebouwde expertise op het gebied van corrosiebestendige legeringen. Parker… Lees verder →

  • Lovato frequentieregelaars

    Nieuwe compacte Lovato frequentieregelaars

    De nieuwe VT1-frequentieregelaars zijn verkrijgbaar in vermogens van 0,2 kW tot 2,2 kW. (foto: Lovato Electric)De eenvoudige, compacte en veelzijdige VT1-frequentieregelaars van Lovato Electric zijn een oplossing voor talloze industriële en service toepassingen. Ze zijn ontworpen om driefase motoren aan te sturen, bijvoorbeeld pompen, ventilatoren,… Lees verder →

  • Baumüller Sesto mobiele robot

    Baumüller breidt programma uit met mobiele robots

    Baumüller breidt zijn productassortiment voor gedigitaliseerde productie uit met autonome mobiele robots. (foto: Baumüller)Baumüller kondigt een samenwerking aan met Sesto Robotics in Singapore. Het bedrijf uit Neurenberg versterkt daarmee zijn systeem en oplossingsactiviteiten via Baumüller Anlagen-Systemtechnik uit met autonome mobiele robots (AMR’s) voor de flexibele… Lees verder →

  • T-Systems en AWS in 5G en Edge

    T-Systems en AWS bundelen 5G en Edge oplossingen

    T-Systems en AWS werken samen in een framework van een snel 5G Campus Netwerk, edge cloud en digitale oplossingen voor de industrie. (ill.: T-Systems)T-Systems en AWS (Amazon Web Services) lanceren een framework van een snel 5G Campus Netwerk, edge cloud en digitale oplossingen voor de… Lees verder →

  • ZF Marine transmissie buitenboordmotor

    ZF Marine lanceert 2-gangs transmissie voor buitenboordmotoren

    ZF Marine heeft een nieuwe transmissie met twee versnellingen ontwikkeld voor de V12 Verado buitenboordmotor van Mercury Marine. (foto: ZF Marine)ZF Marine heeft een nieuwe transmissie met twee versnellingen ontwikkeld als onderdeel van de nieuwe V12 Verado buitenboordmotor van Mercury Marine. De overbrenging is het… Lees verder →

  • Schaeffler componenten

    Nieuwe Schaeffler componenten voor robots en cobots

    De combinatie van de tandwieloverbrenging, hoekcontactnaaldlagers en zorgt voor een compact totaalsysteem met hoge dynamiek en prestaties. (foto: Schaeffler)Schaeffler presenteert op de Hannover Messe Digital Edition virtueel innovaties op het gebied van robotica en diensten. De onderneming ziet bijzondere kansen om synergieën voor de bouw… Lees verder →

  • Samenwerking Volvo en Aurora

    Volvo en Aurora samen in autonome transportoplossingen

    Volvo Autonomous Solutions werkt met Aurora samen aan autonome transportoplossingen. (foto: Volvo) Volvo Autonomous Solutions is een samenwerking aangegaan met het Amerikaanse bedrijf Aurora om gezamenlijk wereldwijd toonaangevende autonome transportoplossingen op schaal te ontwikkelen. De samenwerking richt zich in eerste instantie op de ontwikkeling en… Lees verder →

  • Hermes Award 2021 Rexroth Thomas Fechner

    Bosch Rexroth wint technologieprijs Hermes Award 2021

    Thomas Fechner, Senior Vice President Product Area New Business, Bosch Rexroth neemt de Hermes Award in handen (foto: Deutsche Messe)De Hermes Award 2021 gaat naar Bosch Rexroth. Het bedrijf won de prijs met ’s werelds eerste elektrische actuator voor de aansturing van proceskleppen onder water.… Lees verder →

x
Mis niet langer het laatste nieuws

Schrijf u nu in voor onze nieuwsbrief.

Inschrijven