Li-S-Technik geht auf Weltraummission
Die Lithium-Schwefel-Technik (Li-S) ist von OXIS Energy patentiert und entwickelt worden. Dieses britische Unternehmen wollte 2004 den Markt für aufladbare Batterien revolutionieren. Während man sich bei OXIS hauptsächlich auf Elektrofahrzeuge, den Verteidigungssektor und die Speicherung von Solarenergie konzentriert, hat sich 2015 eine von Airbus angeführte Gruppe aus Forschungszentren, Unternehmen und Universitäten dazu entschlossen, auf das Potenzial dieser Technik für den Raumfahrtsektor zu setzen. So war das ECLIPSE-Projekt geboren und es verfolgte das Ziel sicherzustellen, dass bei weiteren Verbesserungen der Li-S-Technik die im All bestehenden Zwänge in Betracht gezogen werden. Das Potenzial ist nicht zu übersehen: Li-S kann bei viel höheren Temperaturen als Li-Ionen-Technik betrieben werden und gestattet theoretisch eine fünfmal höhere spezifische Energie als Li-Ionen. Zudem ist die Technik aufgrund der geringeren Rohstoffkosten weniger kostenintensiv als ihr Pendant. Sie ist sicherer, umweltfreundlicher, hat eine lange Lebensdauer und zeichnet sich durch eine sehr hohe Drucktoleranz aus. Bertrand Faure, Koordinator des Projekts für Airbus, sagt dazu: „Die Li-S-Technik weist eine höhere Energiedichte auf, was das Verhältnis zwischen Energie und Masse im Vergleich zur Lithium-Ionen-Technik betrifft. So wird die Batterie leichter und sie hat bessere Systemleistungen und Kostenmerkmale zu bieten.“ Für einen Sektor wie die Raumfahrt, in dem das Transportieren von 1 kg Traglast in den Orbit etwa 10 000 Euro kostet, wäre eine verringerte Batteriemasse bahnbrechend. Da die Li-Ionen-Technik scheinbar ihren Höhepunkt erreicht und Li-S bereits vielversprechende Ergebnisse gezeigt hat, ist es nur natürlich, dass die Interessengruppen in diese Entwicklung investieren. Das ECLIPSE-Projekt konzentrierte sich insbesondere auf drei Verbesserungen: eine Optimierung der Hauptzellbestandteile (Kathode, Anode, Separator und Elektrolyt), um 400 Wh/kg zu erreichen; Batterie- und Verkapselungsgrad; sowie Systemuntersuchungen zur Einbindung in Satelliten- und Trägerraketenarchitekturen. Zum Beispiel verringert das projekteigene neue Konzept des Kathodenstromabnehmers durch Laserperforation das Gewicht um bis zu 73 %. „Wir haben uns auf die technischen Verbesserungen konzentriert, um eine hohe Dichte bei gleichzeitiger Verlängerung der Lebensdauer zu ermöglichen. Wir haben viele mögliche Lösungen und Werkstoffe ausprobiert, um diese Faktoren zu verbessern. Aufgrund dieser Aktivitäten wurden zwei Patente erteilt“, erläutert Faure. Letztlich entschied sich das Konsortium für eine Zelle hoher Energiedichte (doppelte Energiedichte im Vergleich zum Stand der Technik) mit zusätzlichem Verbesserungspotenzial. Neben der Zusammenführung der Schlüsselakteure bei der Entwicklung von Werkstoffen für Li-S-Batterien zählen ein besseres Verständnis der Anforderungen und Spezifikationen von Raumfahrtanwendungen, Wissen über limitierende Faktoren und Schlüsselparameter, die verbessert werden müssen, um hochenergetische Li-S-Zellen mit hoher Zyklenfestigkeit zu erzielen, und eine Demonstration der Nützlichkeit physikalischer Modelle von Lithium-Schwefel-Zellen zu den wichtigsten Errungenschaften des Projekts. Während das Projekt im November 2017 abgeschlossen wurde, plant das Konsortium die weitere Zusammenarbeit, um die Li-S-Technik auf den Raumfahrtmarkt zu bringen.
Schlüsselbegriffe
ECLIPSE, Li-S, Li-Ion, Lithium-Schwefel, Batterien, Akkumulatoren, Weltraum, Raumfahrt, Energiespeicherung