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.

  • NGC en Siemens Energy gaan strategische samenwerking aan

    NGC en Siemens Energy gaan strategische samenwerking aan

    NGC is leverancier van onder meer tandwielkasten. (Foto: Paul Quaedvlieg)Onlangs hebben Nanjing High Speed & Accurate Gear Group, een dochteronderneming van de NGC Group, en Siemens Energy Global, een strategische raamovereenkomst getekend. In de toekomst zullen beide partijen hun samenwerking in de Energiesector, Olie- en… Lees verder →

  • KEB Automation

    KEB Automation frequentieregelaar met encoderless safety

    Met de Combivert F6 Drive PRO biedt KEB Automation een all-in-one oplossing voor asynchrone, synchrone, IPM, en synchrone reluctantie motoren, met of zonder encoder. De Combivert F6, voor vermogens van 2,2 kW tot 450 kW, is beschikbaar in lucht- en vloeistofkoeling en in opbouw en… Lees verder →

  • AE group URE 14 elektromotor

    De elektromotor, trends, technologie & toekomst (deel 2)

    De AE Group ondersteunt al jaren studententeams waaronder het URE team (foto: URE)De elektromotor heeft door de decennia heen veel ontwikkelingen doorgemaakt. En nog steeds is er geen sprake van ‘uitontwikkeling’. Zowel bedrijven als universiteiten voeren nog alle dagen (wetenschappelijk) onderzoek uit in het kader… Lees verder →

  • B&R Hypervisor bespaart ruimte in mobiele machines

    Met de Hypervisor-software kunnen meerdere besturingssystemen parallel op één apparaat worden uitgevoerd. De besturingssystemen kunnen via een virtueel netwerk met elkaar communiceren. (Foto: B&R)B&R rust zijn pc voor mobiele machines uit met B&R Hypervisor-software. Hierdoor kan het tegelijkertijd dienen als zowel een krachtige controller als… Lees verder →

  • Whylot

    Renault Groep neemt minderheidsbelang in elektromotoren-fabrikant Whylot

    Renault en Whylot gaan intenser samenwerken bij de ontwikkeling van axiale flux elektromotoren (bron: Whylot) De Renault Groep neemt onlangs een minderheidsbelang van 21% genomen in Whylot. Dit technologiebedrijf is gespecialiseerd in de ontwikkeling en fabricage van innovatieve elektromotoren. Deze investering versterkt de bestaande samenwerking… Lees verder →

x
Mis niet langer het laatste nieuws

Schrijf u nu in voor onze nieuwsbrief.

Inschrijven