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.

  • Bakker Sliedrecht zet schouders onder conditiegestuurd onderhoud voor schepen

    Bakker Sliedrecht ontwikkelt conditiegestuurd onderhoud om onderhoudscyclus van schepen te optimaliseren. (Foto: Bakker Sliedrecht)Bakker Sliedrecht schakelt als een van de eerste bedrijven in de maritieme sector deels over van tijdgestuurd onderhoud naar conditiegestuurd onderhoud. Daarbij worden de daadwerkelijke status en conditie van elektrische aandrijfsystemen en… Lees verder →

  • 20ft energiecontainers van ZES zorgen voor emissievrije binnenvaart

    Een interessant concept van ZES: verwisselbare containers als energiedrager voor de binnenvaart (foto: ZES)Onlangs startte Zero Emission Services (ZES) met de vaart van de Alphenaar, het eerste Nederlandse binnenvaartschip dat voor de energievoorziening gebruik maakt van verwisselbare energiecontainers. Het voorheen diesel-elektrische schip vaart tussen Alphen… Lees verder →

  • Booming EV-markt stuwt activiteiten ABB Innovation Lab Delft

    In het E-mobility Innovation Lab passen allerlei elektrische voertuigen zoals deze grote heftruck, zodat de technici diverse metingen kunnen uitvoerenHet spiksplinternieuwe Innovation Lab voor EV-charging van ABB staat in Delft. Daar ontwikkelt het bedrijf, in co-creatie met vrijwel alle producenten van voertuigen, slimme laadsystemen en… Lees verder →

  • Bihl+Wiedemann ASi counter

    Nieuwe ASi-5 tellermodule van Bihl+Wiedemann voor kosteneffectieve oplossingen

    Dankzij talrijke functies en de vier individueel instelbare ingangen kunnen met de flexibele ASi-5 tellermodule de meest uiteenlopende toepassingen kosteneffectief worden opgelost (bron: Bihl+Wiedemann)Bihl+Wiedemann GmbH introduceert een nieuwe ASi-5 tellermodule. Hierop zijn nieuwe functies te vinden zoals frequentie- en periodeduurmeting of het nieuwe 32-bits waardebereik… Lees verder →

  • WEG introduceert assortiment efficiënte WECN motoren

    WEG heeft haar assortiment elektronisch gecommuteerde motoren (WECM) geïntroduceerd (Foto: WEG)WEG heeft het assortiment elektronisch gecommuteerde motoren (WECM) geïntroduceerd. De motoren voldoen aan de veiligheids- en betrouwbaarheidseisen voor afzuig- en ventilatiesystemen — met verschillende energieverbruikwaarden voor allerlei toepassingen voor luchtverplaatsing en damp- en rookafzuiging. Het… Lees verder →

  • Baumüller brengt update voor servomotor met hygiënisch ontwerp op de markt

    Baumüller heeft zijn RVS servomotor serie HYG1 verbeterd. (Foto: Baumüller)De Neurenbergse automatiserings- en aandrijfspecialist Baumüller reviseert zijn RVS servomotor serie HYG1 voor processen met strenge hygiëne-eisen. Baumüller heeft zijn serie servomotoren voor agressieve omgevingen en voor industrieën met zeer hoge hygiëne, zuiverheid en corrosiebeschermings-standaarden herzien.… Lees verder →

x
Mis niet langer het laatste nieuws

Schrijf u nu in voor onze nieuwsbrief.

Inschrijven