20/12/2019
Door Ad Spijkers
Net als auto's zullen vliegtuigen in de toekomst bij dezelfde prestaties een lagere CO2-uitstoot moeten hebben. In een nieuw project worden componenten voor lichte krachtige batterijen op basis van Li-S ontwikkeld.
Er worden al kleine en grote vliegtuigen ontwikkeld met elektrische aandrijvingen. Dit kunnen volledig elektrische of hybride elektrische aandrijfsystemen zijn. Deze zijn zinvol als ze lokaal emissies vermijden, energie leveren tijdens vluchtfasen met een piekvraag of hulpaggregaten voorzien van elektriciteit op het moment dat die nodig is.
Laag gewicht, hoge energiedichtheid
Lithium-zwavel (Li-S) batterijen hebben potentieel als batterijsystemen met een hoge energiedichtheid en tegelijkertijd een laag gewicht. Ze bevatten geen zware metalen in de kathode zoals in lithium-ion (Li-ion) batterijen. Li-S batterijen zijn echter nog niet zo ver ontwikkeld als Li-ion batterijen, vooral als het gaat om de stabiliteit van de cyclus.
Een consortium onder leiding van Airbus gaat Li-S batterijen voor de luchtvaart verder ontwikkelen en optimaliseren. De onderzoekers willen de ontwikkelingsstatus van de Li-S-batterijtechnologie bevorderen op basis van eisen en belastingprofielen, zoals die door Airbus worden gebruikt voor andere ontwikkelingen.
Een van de doelstellingen is het verbeteren van de kathode van zwavel en koolstof met behulp van nieuwe verwerkingsmethoden. Een tweede taak is het testen van hybride systemen voor het elektrolyt (het mengsel van vloeibaar en vast elektrolyt). Ten derde is de productie van de lithium-metaalanode door een nieuw elektrochemisch proces een van de kernthema's van het project.
Elektrochemisch proces
De Li-metaalanoden worden niet alleen gebruikt in Li-S-batterijen maar ook in sommige soorten Li-ion-batterijen en in halfgeleiderbatterijen. Tot nu toe werden ze geproduceerd met behulp van opgerolde Li-folies. Vandaag de dag kunnen deze echter niet veel dunner dan 30 µm worden geproduceerd, omdat lithium de neiging heeft om zich aan andere oppervlakken te hechten. Er is een bepaalde dikte nodig voor een minimale mechanische stabiliteit. Maar omdat 30 µm vaak meer is dan de cel elektrochemisch nodig heeft, zorgen deze cellen voor onnodig gewicht en kosten.
Om dit te veranderen, werkt de afdeling Electroplating van het Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA aan een nieuw elektrochemisch proces. Hiermee kunnen in één stap lithiumlagen van elke dikte op metaalfolies worden aangebracht. Een dergelijk proces biedt de mogelijkheid om precies de hoeveelheid lithium toe te passen op de elektrode die technisch noodzakelijk is. Bovendien kunnen niet alleen gladde, maar ook gestructureerde elektrodefolies worden gecoat.
Met deze ontwikkeling breidt het instituut het scala aan productieprocessen voor een hoofdcomponent van verschillende batterijtypen uit. Dit zal helpen om in de toekomst kosten en middelen te besparen bij de productie van batterijcellen. Elektrochemisch gebaseerde depositie- of toepassingsprocessen hebben het potentieel om technologisch belangrijke metaallagen te produceren onder omgevingscondities die anders alleen door zeer complexe processen kunnen worden geproduceerd.
Foto: Fraunhofer IPA/Rainer Bez