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Imec baut Li-Ion-Batterie mit hoher Energiedichte in Feststoff-Ausführung mit dem belgischen Forschungspark EnergyVille

Das belgische Forschungsinstitut Imec in Leuven meldet in Partnerschaft die Konstruktion einer halbleiter-basierten Li-Ion-Batterie mit einer Energiedichte von 200 Wh/l (l für Liter) mit einer Ladegeschwindigkeit von 0,5 C (C für Coulomb, Einheit der elektrischen Ladung) über 2 Stunden. Das ist ein wesentlicher Fortschritt auf der Imec-Roadmap, um die Performance der klassischen Flüssigkeits-basierten Li-Ion-Batterien zu übertreffen. Das Ziel bis 2024 sind 1000 Wh/l bei 2 C. Damit profiliert sich Imecs Batterietechnologie als ernstzunehmender Wettbewerber für schnell aufladbare Elektrofahrzeuge mit großer Reichweite.
Ausgangspunkt der Entwicklung ist die Erkenntnis, dass die heute gebräuchlichen aufladbaren Li-Ion-Batterien für Fahrzeuge noch reichlichen Raum für Verbesserungen bieten, um die erforderlichen Reichweiten zu realisieren. Bei Imec arbeitet man in diesem Sinne an der nächsten Generation von aufladbaren Batterien, die flüssige Elektrolyte durch feste Stoffe ersetzen und damit die erzielbare Energiedichte der Zellen steigern.
Jetzt hat Imec einen festen Elektrolyten in Gestalt eines Nano-Verbundstoffs entwickelt, der eine extrem hohe Leitfähigkeit von bis zu 10 mS/cm (mS für Mikro-Siemens) bietet und darüber hinaus weitere Steigerungen verspricht. Mit diesem neuen Elektrolyten wurde der Prototyp einer Batterie erstellt. Dabei wurde der Elektrolyt zunächst als flüssiger Precursor in die Batterie eingefüllt, mit anschließender Aushärtung. Dieser Prototyp erreicht eine volumetrische Energiedichte von 200 Wh/l, bei einer Ladegeschwindigkeit von 0,5 C (2 h, h für Stunden).
„Unsere Ergebnisse zeigen, dass wir Feststoffbatterien herstellen können, die das Potenzial haben, die Fähigkeiten der flüssigen Batterien zu erreichen. Dabei ist der Herstellprozess der Feststoffbatterien ähnlich dem der flüssigen Batterien“, erklärt Philippe Vereecken, Programm-Manager bei Imec, und er führt weiter aus: „Anders als die flüssigen Batterien sind unsere Feststoff-Batterien kompatibel zu metallischen Lithium-Anoden, mit einer Zielsetzung von 1000 Wh/l bei einer Ladegeschwindigkeit von 2 C (0,5 h). Diese Eigenschaften, zusammen mit ihrer längeren Lebensdauer und verbesserten Sicherheit machen sie zu einer attraktiven, kompakten Technologie für künftige Weitverkehrsfahrzeuge.“
Um die Performance der neuen Li-Ion- Batterie weiter zu steigern, untersucht man bei Imec auch den Einsatz von Nanopartikel-Elektroden in Verbindung mit dem festen Nanocomposite-Elektrolyt. Dazu verwendet Imec ultra-dünne Beschichtungen als so genannte Puffer-Layer, um das Interface zwischen der aktiven Elektrode und dem Elektrolyt zu stabilisieren. Mit dieser Technologie lässt sich die Performance von flüssigen Standardzellen, sowie die von Feststoffbatterien mit gesinterten anorganischen Elektrolyten weiter verbessern. Imec führt seine Forschungsarbeiten an Batterietechnologien als kollaborative Programme aus, an denen sich weitere Partner beteiligen können.

www.imec-int.com

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