AIT entwickelt energiedichte Batterien für Elektro-Flugzeuge
Einige Flugzeuge, die mit elektrisch angetriebenen Propellern und Akku an Bord fliegen, gibt es bereits. Ihr größtes Problem ist, dass Batterien schwer im Verhältnis dazu sind, wie viel Strom sie speichern können. Diese niedrige Energiedichte zu erhöhen, ist auch wichtig, um die Elektrifizierung im Straßenverkehr voranzutreiben.
Im europäischen Forschungsprojekt HighSpin wird versucht, eine Batterie zu entwickeln, die auf einen Wert von 390 Wattstunden pro Kilogramm kommt. Derzeit gebräuchliche Lithium-Ionen-Akkus kommen auf Werte rund um 200 Wh/kg. Mit höherer Energiedichte sollen Elektrofahrzeuge und -flugzeuge entweder bei gleichem Gewicht weiter kommen oder die gleiche Reichweite mit kleineren und leichteren Akkus erzielen.
Problembehaftetes Kobalt
Erreichen will man das durch eine neue Kombination von Materialien in der Batterie, erklärt Boschidar Ganev, der Projektleiter vom Austrian Institute of Technology. Das AIT arbeitet mit 12 Partnern aus 8 europäischen Ländern zusammen, um eine neue Art von Akku zu entwickeln, der sowohl mit bekannten Fertigungsprozessen hergestellt werden kann, als auch besonders gut wiederverwertbar sein soll.
Außerdem kommt der Stromspeicher ohne Kobalt aus. "Man erspart sich dadurch die Lieferkette für ein ganzes Material. Kobalt wird außerdem unter sozial sehr problematischen Bedingungen gewonnen", sagt Ganev.
Fakten
80 Kilogramm
statt 140 Kilogramm würde ein Akku mit erhöhter Energiedichte für ein Pipistrel Velis Electro Kleinflugzeug wiegen.
Aufgebläht
Bei der Zellchemie baut HighSpin auf dem Vorgängerprojekt 3beLiEVe auf. Dabei wurden Batteriezellen entwickelt, die sich während Ladezyklen aufblähen und wieder schrumpfen. Spezielle Module kompensieren diese Bewegung.
Brückenschlag zur Festkörperbatterie
Die HighSpin-Batterie soll eine Anode aus Silizium und Graphit, eine Kathode aus Lithium-Nickel-Mangan-Oxid und einen flüssigen Elektrolyten erhalten. Während die Erforschung von Festkörperakkus weltweit intensiv vorangetrieben wird, habe eine Batterie mit flüssigem Leitmedium den Vorteil, dass man bewährte Herstellungsverfahren verwenden könne.
Ganev: "Wenn man in die Zukunft schaut, stehen Festkörperbatterien am Horizont, aber die benötigen andere Fertigungstechniken. Das bedeutet riesige Investitionen und Vorlaufzeiten. Unsere Batterie kann ein nützlicher Brückenschlag sein."
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Die Zellchemie wird je nach Anwendungsfall in unterschiedliche Richtungen optimiert. Als Referenzen für Tests werden z. B. ein Kleinflugzeug, ein Lastwagen für den innerstädtischen Verkehr (z.B. Müllabfuhr), sowie ein Kleiner E-Pkw (Fiat 500) herangezogen.
Im AIT-Batterielabor werden Elektroden beschichtet und Zellen aufgebaut.
© AIT
Rohstoffe im Kreislauf
Besonders wichtig ist den Projektpartnern eine möglichst einfache Wiederverwertung der Batterie. Ziel ist es, wertvolle Rohstoffe wie Lithium, Mangan, Nickel, Kupfer und Aluminium am Ende des Batterielebens möglichst vollständig zu recyceln. Hier werden laut Ganev mechanische, chemische und thermische Prozesse kombiniert. Bei HighSpin will man sich auch ansehen, wie Ausschussmaterial während der Fertigung aufbereitet und in die Produktion rückgeführt werden kann.
"Im Prinzip wollen wir hier Technologien entwickeln, die künftig in europäischen Gigafactories eingesetzt werden können", erklärt Ganev. Für solche Fabriken, in denen jedes Jahr Batterien mit einer Speicherkapazität mehrerer Gigawattstunden hergestellt werden, benötige man schließlich eine beachtliche Lieferkette. "Wir reden da von riesigen Mengen an Material, die pro Stunde einfließen müssen." Je mehr Material durch Recycling und Aufbereitung dafür vorhanden ist und nicht erst abgebaut werden muss, desto besser.