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.

  • Compacte en allround frequentieregelaar FR-E800 van Mitsubishi

    De Mitsubishi FR-E800 is een compacte en allround regelaar (Foto: Mitsubishi Electric)Mitsubishi Electric, in Nederland onder andere gedistribueerd door Hiflex Automatiseringstechniek, heeft een aantal compacte en allround frequentieregelaars FR-E800 in het assortiment. De frequentieregelaars uit de FR-E800 serie zijn gebaseerd op de technologie van de… Lees verder →

  • Nieuw overzicht technische webinars om bij te blijven

    Aandrijftechniek blijft ook in het najaar een overzicht plaatsen van technische webinars vanuit de industrie. Ideaal voor engineers en technici die thuis werken, maar ook voor diegenen die op kantoor of in de fabriek aan het werk zijn en bij willen scholen op hun vakgebied.… Lees verder →

  • ATS Transporttechnieken overgenomen door Veth Participations

    Met de overname wil Veth Participations ATS Transporttechnieken wereldmarktleider maken op het gebied van ‘Bag Emptying’, een nichesegment waarbinnen ATS op dit moment al een belangrijke speler is. (Foto: ATS)ATS Transporttechnieken uit Rijen is overgenomen door Veth Participations. Met de overname wil Veth Participations ATS… Lees verder →

  • Compacte computers van OnLogic voor IoT en Edge computing

    De Karbon 400 serie heeft twee modellen: de compacte Karbon 410 met standaard IO en uitbreidingsmogelijkheden, en de Karbon 430 met extra uitbreidingsopties voor complexe IoT toepassingen. (Foto: OnLogic)OnLogic , fabrikant van industriële en robuuste computerhardwareoplossingen, introduceert de Karbon 400 serie computers. De twee nieuwe… Lees verder →

  • Efficiënte IE5+-motoren optimaal geschikt voor levensmiddelenproductie

    Schaalbare aandrijfoplossingen, zoals de nieuwste IE5+-motoren, zijn speciaal ontwikkeld voor het gebruik in de levensmiddelenindustrie. (Foto: Nord Drivesystems)Nord Drivesystems heeft een motor ontwikkeld die geschikt is voor toepassing in de levensmiddelenindustrie: de IE5+-motor biedt optimale efficiëntie en milieubewustzijn voor toepassingen voor levensmiddelen. Maximale hygiëne is… Lees verder →

  • Schaeffler opent duurzame fabriek voor e-mobility aandrijvingen

    De nieuwe fabriek in Szombathely is de eerste productiefaciliteit van Schaeffler die 100 procent is gewijd aan oplossingen voor elektromobiliteit. (Foto: Schaeffler)Schaeffler heeft een nieuwe productiefaciliteit geopend op zijn Szombathely-locatie in het westen van Hongarije. Hiermee creëert het bedrijf 150 nieuwe banen in e-mobility. Het… Lees verder →

x
Mis niet langer het laatste nieuws

Schrijf u nu in voor onze nieuwsbrief.

Inschrijven