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.

  • Zevende as van Rollon: extra maten voor kleine robots

    Rollon heeft zijn assortiment zevende assen uitgebreid met twee extra maten voor automatiseringstaken met een lager laadvermogen (foto: Rollon)Met de productlijn Seventh Axis biedt Rollon een uitgebreid portfolio van modulaire aluminium assen voor robottoepassingen. Nu is het assortiment uitgebreid met twee extra maten in het… Lees verder →

  • ABB breidt met overname portfolio flexibele automatisering uit

    ABB neemt ASTI Mobile Robotics Group (ASTI) overnemen. Hiermee kan ABB een compleet portfolio aanbieden voor de volgende generatie van flexibele automatisering. (foto’s: ABB)ABB heeft aangekondigd dat het de ASTI Mobile Robotics Group (ASTI) zal overnemen, fabrikant van autonome mobiele robots (AMR). Hiermee wordt het… Lees verder →

  • ABB introduceert geavanceerd HMI-scherm

    Met de Lite Panel introduceert ABB een geavanceerd HMI-scherm om tot 28 verschillende elektrische ABB-componenten te monitoren en besturen. (Foto: ABB)Met Lite Panel introduceert ABB een veilige, tijdbesparende en eenvoudig te installeren oplossing om tot 28 elektrische componenten te monitoren en besturen. Elektronische componenten, zoals… Lees verder →

  • Voxan en Max Biaggi plannen nieuwe wereldrecordpoging

    Voxan en Max Biaggi bereiden een nieuwe recordpoging voor. (Foto: Venturi)Motorfietsfabrikant Voxan, onderdeel van Venturi, fabrikant van elektrische voertuigen, maakt zich op voor het veroveren van een nieuw snelheidsrecord. Na het vestigen 11 nieuwe records in november 2020, wordt de elektrische motorfiets Voxan Wattman momenteel… Lees verder →

  • Huisman schaalt 3D-printen van kraanhaken op

    De 3D-geprinte kraanhaken wegen elk 1700kg en hebben een hijsvermogen van 350mt (foto: Huisman)Huisman, leverancier van step-changing technische oplossingen, heeft geslaagde tests uitgevoerd met vier nieuwe 3D-geprinte 350mt kraanhaken op basis van strenge eisen en onder toezicht van de onafhankelijke certificerende autoriteit Lloyd’s Register. De… Lees verder →

  • Schaeffler start productie van 2in1 elektrische assen in China

    De 2in1 elektrische as van Schaeffler integreert de reductietransmissie en de elektromotor in één compacte eenheid. (foto's: Schaeffler)Schaeffler begint met de productie van 2in1 elektrische assen in haar productiefaciliteit in Taicang, China. Het elektrische assysteem bestaat uit een elektromotor en een transmissie. De productiestart is… Lees verder →

  • Siemens breidt motorportfolio voor procesindustrie uit

    Simotics XP-motoren van 0,25 tot 460 kW beschikbaar in gasgroepen IIB en IIC (foto: Siemens)De explosieveilige laagspanningsmotoren van de Simotics XP-serie van Siemens zijn nu beschikbaar in het gehele vermogensbereik van 0,25 tot 460 kW in gasgroepen IIB en IIC. Met hun premium efficiëntie klasse… Lees verder →

x
Mis niet langer het laatste nieuws

Schrijf u nu in voor onze nieuwsbrief.

Inschrijven