20.12.2019 • Energie

Lithium-Schwefel-Batterien für die Luftfahrt

Konsortium entwickelt Produktionsprozess für Hauptkomponente verschiedener Batterietypen.

Batteriesysteme gewinnen auch in der Luftfahrt immer mehr an Bedeutung – nicht in erster Linie für die Energie­versorgung des Antriebs, sondern als Energie­lieferant für Hilfs­systeme. Denn ebenso wie die Flotten der Automobil­hersteller müssen auch die Flugzeuge zukünftig weniger CO2-Ausstoß bei gleicher Leistung bieten. In einem neuen Projekt entwickeln Forscher jetzt Komponenten für leichte Hoch­leistungs­batterien auf Lithium-Schwefel-Basis. Solche Li-S-Batterien besitzen das Potenzial für den Bau von Batterie­systemen mit hoher Energie­dichte und gleich­zeitig geringem Gewicht. In ihnen sind keine schweren Metalle in der Kathode enthalten wie bei Lithium-Ionen-Batterien. Allerdings sind Li-S-Batterien heute noch nicht so ausgereift wie Li-Ionen-Batterien, insbesondere hinsichtlich der Zyklen­festigkeit.

Abb.: Neue elektrochemische Prozesse zur Abscheidung von Lithiummetall für...
Abb.: Neue elektrochemische Prozesse zur Abscheidung von Lithiummetall für Batterieanoden in Schutzatmospäre. (Bild: R. Bez, Fh.-IPA)

Ein Konsortium unter Leitung von Airbus nimmt sich jetzt den Heraus­forderungen der Weiter­ent­wicklung und Optimierung von Li-S-Batterien für die Luftfahrt an. Auf Basis von Anforderungen und Last­profilen, wie sie bei Airbus auch für andere Entwicklungen genutzt werden, wollen die Forscher den Entwicklungs­stand der Li-S-Batterie­technologie voran­treiben. Neben der Verbesserung der Kathode aus Schwefel und Kohlenstoff mit Hilfe neuer Verarbeitungs­verfahren und der Erprobung von Hybrid­systemen für den Elektrolyt – also der Mischung von Flüssig- und Fest-Elektrolyt – ist die Herstellung der Lithium-Metall-Anode durch einen neuen, elektro­chemischen Prozess eines der Kern­themen des Projekts.

Bisher werden Li-Metall-Anoden, die außer in Li-S-Batterien auch in einigen Typen von Li-Ionen-Batterien sowie in Fest­körper­batterien eingesetzt werden, mit Hilfe von gewalzten Li-Folien hergestellt. Diese können heute jedoch nicht viel dünner als dreißig Mikro­meter hergestellt werden, denn Lithium­metall neigt dazu, an anderen Ober­flächen zu kleben. Deswegen muss eine gewisse Dicke für eine minimale mechanische Stabilität gegeben sein. Weil dreißig Mikro­meter jedoch oft mehr sind, als die Zelle elektro­chemisch benötigt, schleppen diese Zellen unnötiges Gewicht und unnötige Kosten mit.

Um das zu ändern, arbeitet die Abteilung Galvano­technik des Fraunhofer-IPA an einem elektro­chemischen Prozess, mit dem beliebig starke Lithium­schichten in einem Schritt auf Metall­folien auf­gebracht werden können. Ein solcher Prozess bietet die Möglich­keit, genau die Menge an Lithium auf die Elektrode zu bringen, die technisch benötigt wird. Außerdem können nicht nur glatte, sondern auch strukturierte Elektroden­folien beschichtet werden. Mit dieser Entwicklung erweitert das Fraunhofer-IPA die Palette an Produktions­prozessen für eine Haupt­komponente von verschiedenen Batterie­typen und hilft, zukünftig Kosten und Ressourcen bei der Batterie­zell­fertigung einzu­sparen. Elektro­chemisch basierte Abscheide- oder Applikations­prozesse haben das Potenzial, bei Umgebungs­bedingungen techno­logisch wichtige Metall­schichten zu erzeugen, die sonst nur durch sehr aufwändige Verfahren herstellbar sind.

Fh.-IPA / RK

Weitere Infos:

Sonderhefte

Physics' Best und Best of
Sonderausgaben

Physics' Best und Best of

Die Sonder­ausgaben präsentieren kompakt und übersichtlich neue Produkt­informationen und ihre Anwendungen und bieten für Nutzer wie Unternehmen ein zusätzliches Forum.

Jobbörse

Physik Jobbörse in Freiburg und Berlin
Eine Kooperation von Wiley und der DPG

Physik Jobbörse in Freiburg und Berlin

Freiburg, 13.-14.03.2024, Berlin, 19.-21.03.2024
Die Präsentationen dauern jeweils eine Stunde, am Ende der Veranstaltung ist Zeit für Q&A eingeplant.

Meist gelesen

Themen