Die Elektrifizierung in der Mobilität macht vor dem Luftraum nicht Halt

Zukunftsweisende Batterietechnologie fürs Fliegen

Aktuelles – Fraunhofer IWS Dresden /

Die zunehmende Elektrifizierung in der Mobilität macht auch vor dem Luftraum nicht Halt. Die Batterie ist dabei für alle elektrischen Fluganwendungen Schlüsseltechnologie und Flaschenhals zugleich. Ihr Eigengewicht limitiert maßgeblich die Reichweite bzw. Nutzlast des Fluggeräts.

Hochenergetische Pouch-Zellen können die Reichweite und Nutzlast von Fluggeräten wie z. B. Drohnen erhöhen.
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Hochenergetische Pouch-Zellen können die Reichweite und Nutzlast von Fluggeräten wie z. B. Drohnen erhöhen.
Die Verarbeitung von Elektroden im trockenen Zustand durch das DRYtraec®-Verfahren realisieren den Einsatz von gelochten Stromabnehmern.
© Fraunhofer IWS Dresden
Die Verarbeitung von Elektroden im trockenen Zustand durch das DRYtraec®-Verfahren realisieren den Einsatz von gelochten Stromabnehmern.
Simulationen ermöglichen es, das Elektrodenlayout für Hochenergie-Beutelzellen auszulegen.
© Fraunhofer IWS Dresden
Simulationen ermöglichen es, das Elektrodenlayout für Hochenergie-Beutelzellen auszulegen.

Lithium-Schwefel-Batterien bieten das Potenzial für einen Technologiesprung. »Aktuelle Prototypzellen können bereits 50 Prozent mehr Energie pro Kilogramm im Vergleich zu heutigen Lithium-Ionen-Batterien speichern«, verrät Dr. Thomas Abendroth, Gruppenleiter Batterietechnik am Fraunhofer IWS. »Wir erarbeiten Innovationen, um die Technologiereife von Lithium-Schwefel-Batteriezellen weiter zu erhöhen. Der Schwerpunkt aktueller Entwicklungen liegt in der Steigerung der Leistungsfähigkeit und der gravimetrischen Energiedichte. Dafür sind neue Konzepte für Elektroden- und Zelldesign erforderlich«, ergänzt der Forscher. Einen großen Anteil am Zellgewicht haben die metallischen Stromkollektorfolien, obwohl sie zu den Passivmaterialien in der Batterie gehören. Indem Forscher des Fraunhofer IWS diese Folien perforierten, reduzierten sie in aktuellen Arbeiten deren Gewicht um bis zu 90 Prozent. Simulationsgestützt passten sie die Struktur so an, dass trotz Minimalgewicht die elektrischen Widerstände der Elektrode die kritischen Grenzen unterschritten.

Für dieses Elektrodenkonzept werden mechanisch stabile Elektrodenfilme benötigt, wie sie zum Beispiel mit dem am Fraunhofer IWS entwickelten DRYtraec®-Verfahren hergestellt werden. »Uns gelang es bereits, die Elektrodenporosität und das Elektrolytvolumen in Pouchzellen so auszulegen, dass diese gravimetrische Energiedichten von bis zu 470 Wattstunden je Kilogramm erreichten«, unterstreicht Abendroth. Ob sich diese Ergebnisse in die Fluganwendung übertragen lassen, untersuchen sie aktuell im Projekt »HiPoLiS«. Darin erforschen die Wissenschaftler des Fraunhofer IWS gemeinsam mit den Drohnenentwicklern von Wingcopter die ultraleichten Lithium-Schwefel-Zellen für den Einsatz in unbemannten Fluggeräten mit erhöhter Reichweite. Seit September 2020 bringt das Dresdner Institut zudem sein Know-how als Mitglied in das neu gegründete »Kompetenznetzwerk autonomes und elektrisches Fliegen« ein.

Förderhinweis

Das Projekt »HiPoLiS« – ein (sich) abhebendes Elektroden- und Zellkonzept für High-Power-Li-S-Batterien – wird gefördert durch das BMBF (FKZ: PTJ 03XP0178A; Laufzeit: 01/2019–12/2021).