Lithium-Ionen-Batterien reichen für den Elektroflug nicht aus. Aber vielleicht ist Lithium-Metall.

2020-04-21 11:44:58

Es ist leicht, sich von neuen Batterienachrichten überraschen zu lassen. Wissenschaftler basteln an chemischen Formeln unter Verwendung aller Arten von exotischen Materialien, nur damit diese Forschung in die staubigen Annalen der Wissenschaft übergeht. Aber dieser Durchbruch ist etwas anderes. Wissenschaftler der Firma Cuberg haben eine neue Batterie entwickelt, die eine Möglichkeit bietet, in der realen Welt zu skalieren.

Das Startup mit Unterstützung von Boeing, Risikokapitalgebern und dem US-Energieministerium hat die weltweit erste vertikale Drohne demonstriert, die von einer Lithium-Metall-Batterie angetrieben wird (nicht zu verwechseln mit Lithium-Ionen). Der Quadcopter flog 70 Prozent länger als der eine mit Lithium-Ionen-Batterie betrieben.

Die Schlüsselerfindung ist ein neuer, nicht brennbarer Elektrolyt, der die Sicherheitsrisiken der heutigen allgegenwärtigen Lithium-Ionen-Batterien beseitigt.

„Da es auch chemisch sehr robust und stabil ist, können wir viel energiedichtere Materialien in der Batterie verwenden, um das Übergewicht in der Zelle erheblich zu reduzieren“, sagt Richard Wang, CEO von Cuberg. "Das Material ändert sich von einem typischen Graphit, den man in Lithium-Ionen findet, zu einer reinen Lithium-Metallfolie."

Boeing sieht in den ultraleichten Batterien einen wesentlichen Bestandteil für hochmoderne Luft- und Raumfahrtprogramme, darunter Elektroflugzeuge, fliegende Taxis und große militärische Frachtdrohnen. "Wenn Sie sich etwas ansehen, das fliegt, sind Lithium-Ionen-Batterien einfach nicht gut genug", sagt Wang. „Wenn man sich ehrgeizigere Pläne ansieht, wie Uber Elevate und futuristischere Elektroflugzeuge oder hybride elektrische Passagierflugzeuge, wird Lithium-Ionen das nicht ändern. Es ist einfach zu schwer; Leistung und Wirtschaftlichkeit machen keinen Sinn. “

Sicherheit ist natürlich ein kritischer Bestandteil jedes Flugzeugs, insbesondere eines Flugzeugs, das Personen befördert. Daher ist es offensichtlich wünschenswert, brennbares Material zu ersetzen. Li-Ionen-Batterien sind für ihre Brennbarkeit berüchtigt. Wenn sie überhitzen, entlüftet der brennbare Elektrolyt Gase, die auf die Kathode reagieren, was zu außer Kontrolle geratener Erwärmung, Feuer und Explosionen führt.

„Der neue Elektrolyt ist thermisch stabil. Selbst wenn alle anderen Materialien darin sehr energiedicht sind und Sie überhitzt sind, verringert sich die Stabilität Ihres Elektrolyten erheblich, wenn dies stabil ist“, sagt Wang. Boeing sagt, dass diese Batterien eine hohe Leistungsdichte aufweisen und auch sicherer sind, indem sie die thermische Landebahn im Keim ersticken.

Der vielleicht größte Vorteil besteht darin, dass für den Prozess keine großen Nachrüstungen erforderlich sind, um ihn in die Fabrik zu bringen, wodurch die Technologie logistisch möglich wird. "Die Leute im Batteriegeschäft sagen, dass alles schon einmal in irgendeiner Form gemacht wurde, normalerweise von einem Regierungswissenschaftler in einem nationalen Labor in den sechziger Jahren", sagt Wang. „Das gilt auch für unser System, aber historisch gesehen hat noch niemand herausgefunden, wie man diese chemischen Systeme effektiv einsetzt. Es gab immer Herausforderungen in Bezug auf Reinheit, Kosten und grundlegende physische Herausforderungen. “

Der Lithium-Ionen-Batterieboom hat eine gesamte Lieferkette geschaffen, in der jetzt einige der gleichen Vorläuferchemikalien verwendet werden, die auch in der Boeing-Batterie verwendet werden, wodurch die Produktion einfacher auf industrielles Niveau skaliert werden kann. "Wenn man sich die Batteriewelt ansieht, gibt es so viele Durchbrüche", sagt Wang. "Damit sich die Dinge tatsächlich auswirken können, muss man einige Schritte über den grundlegenden Materialdurchbruch hinausgehen und etwas herausfinden, das auf so vielen anderen Ebenen wirtschaftlich und geschäftlich funktioniert."

Boeing nennt diese neuen Batterien einen „grundlegenden Sprung“ in der Batterietechnologie. Wenn sie Recht haben, könnte der Flug des Quadcopters der Wegbereiter für eine entgegenkommende Flut unbemannter Flugzeuge und Passagierflugzeuge sein, die an Orte fliegen, an denen Lithium-Ionen einfach nicht funktionieren.

Ein logischer Ort, um nach dieser Batterie zu suchen, ist die militärische Frachtdrohne von Boeing, ein 15 Fuß breiter Oktokopter, der letztes Jahr zum ersten Mal geflogen ist. Danach wäre der Himmel nicht unbedingt die Grenze, wenn das System so vertraut wird, dass es für den Einsatz in Raumfahrzeugen geeignet ist.

Ein Ort, an dem diese Batterien wahrscheinlich nicht verwendet werden, ist die Netzspeicherung, bei der die Verlängerung der Lebensdauer der Batterie (die Zeit zum Laden und Entladen) viel wichtiger ist als das Sparen von Gewicht.

Aber für diejenigen, die von elektrifizierten Flugtaxis der Zukunft träumen, ist es eine willkommene Entwicklung, eine bessere Batterie als das Li-Ion zu haben.