Batterietechnik: Schnellladende Lithium-Schwefel-Batterie für eVTOLs steht kurz vor der Massenfertigung

Forscher:innen der Monash University in Australien stehen kurz davor, einer der größten Herausforderungen in Sachen elektrischer Senkrechtstarter (eVTOL) zu lösen. Das Team hat eine Lithium-Schwefel-Batterie entwickelt, die etwa die Doppelte Energiedichte gängiger Lithium-Ionen-Batterien erreicht. Außerdem kann sie schnell ge- und entladen werden, kann also die in der Luftfahrt benötigte Energie bereitstellen.

Neuartige Technologie gleicht Nachteile aus

Bisher versprachen Lithium-Schwefel-Akkumulatoren zwar eine hohe Energiedichte, litten aber unter dem Nachteil, dass sie nur sehr langsam ge- und entladen werden können. Die Forscher:innen der Monash University fanden heraus, dass ein Polyvinylpyrrolidon-Komplex (PVP) die chemischen Reaktionen in der Batterie erheblich beschleunigen kann. Es handelt sich dabei um eine chemische Verbindung, die über andere Eigenschaften als ihre einzelnen Komponenten verfügt.

Der Einsatz des PVP-Komplexes führt zu einer schnellladenden Batterie mit hoher Energiedichte. Den Forscher:innen zufolge ist die neue Batterie nicht nur schneller und dichter als Lithium-Ionen-Batterien, sondern auch erheblich leichter und günstiger zu produzieren.

Derzeit sind Lithium-Ionen-Batterien viel verbreiteter

Die neu entwickelte Batterie steht nun relativ kurz vor der Massenproduktion. „With discoveries centered on readily available materials, we have the opportunity to transition to manufacturing„, so Professor Mainak Majumder, der Teil des Teams ist. Inspired by the chemistry of betadine, a common household antiseptic, we found a way to accelerate the charge and discharge rates„, fügt PhD-Kandidat Maleesha Nishshanke hinzu.

Seit der Erfindung von Lithium-Ionen-Akkus im Jahr 1980 nutzen wir diese Art Batterien in allen möglichen elektrischen Geräten – von Handys bis zu elektrischen Fahrzeugen. Lithium-Schwefel-Akkus wurden bereits 20 Jahre vorher entwickelt, konnten sich allerdings aufgrund der Nachteile, die mit den in der Batterie vorgehenden chemischen Reaktionen einhergehen, nicht wirklich durchsetzen.

Anders als Lithium-Ionen-Batterien wird das Lithium beim Ladevorgang von Lithium-Schwefel-Akkus nicht wieder gleichmäßig an der Anode angelagert, was sowohl die Anode als auch den Elektrolyt beeinträchtigt. Deshalb bleibt die Kapazität dieser Batterien nur etwa über halb so viele Ladezyklen stabil wie es bei Lithium-Ionen-Akkus der Fall ist.

Sehen wir bald vermehrt Lithium-Schwefel-Batterien?

Dank der Innovationen, die in den letzten Jahren bei Lithium-Schwefel-Batterien erreicht werden konnten, allen voran der Arbeit des Teams der Monash University, könnten wir diese Art Batterien in naher Zukunft öfter im Einsatz sehen. Die Forscher:innen sind zuversichtlich, dass die Lithium-Schwefel-Akkus aufgrund ihrer leichten Bauweise hervorragend für Drohnen und eVTOL-Luftfahrzeuge geeignet sind.

„Our catalyst has significantly enhanced the C-rate (the rate of discharge relative to its max capacity) performance of Li-S batteries, demonstrated in early proof-of-concept prototype cells. With commercial scaling and larger cell production, this technology could deliver energy densities up to 400 Wh/kg. This makes it well-suited for applications requiring dynamic performance, such as aviation, where batteries must handle high C-rates during take-off and efficiently switch to low C-rates during cruising„, erklärt Professor Majumder.

Moderne Lithium-Ionen-Akkus haben eine Energiedichte zwischen 150 und 234 Wh/kg und liegen somit deutlich hinter den Lithium-Schwefel-Batterien. Die Fähigkeit, nicht nur schnell zu laden, sondern auch schnell zu entladen und so die gespeicherte Energie bereitzustellen, ist von erheblicher Bedeutung für eVTOL-Luftfahrzeuge, die für den Start und die Landung in kurzer Zeit viel Energie benötigen.

Ein zusätzlicher Vorteil der Lithium-Schwefel-Batterien ist, dass sie weniger abhängig von der Verfügbarkeit seltener Materialien sind, auch wenn sie weiterhin eine Lithium-Komponente haben.

Das Team der Monash University hat ein Startup namens Ghove Energy gegründet, um Investoren anzuziehen und die neue Batterie-Technologie an den Markt zu bringen. Derzeit arbeiten die Forscher:innen daran, den Lade- und Entladevorgang noch schneller zu gestalten sowie die Menge des pro Batteriezelle benötigten Lithiums zu senken.

via Monash University