ENGINEERINGNET.BE - Elektrische wagens hebben een beperkt bereik. De reden: batterijen vergen ruimte en je kan er maar zoveel induwen.
Elektrische wagens rijden met honderden zoniet duizenden batterijcellen. Elk -met zijn eigen behuizing- is gekoppeld aan het batterijbeheersysteem en sensoren. Die behuizingen en de vele contacten nemen al gauw meer dan de helft van de schaarse ruimte in.
De complexiteit van het ontwerp zorgt er dus voor dat er in dezelfde ruimte maar half zoveel cellen passen. Elke afzonderlijke connectie van die kleine cellen levert bovendien elektrische weerstanden die afdoen aan het vermogen.
Het Fraunhofer Institute for Ceramic Technologies and Systems IKTS in Dresden en zijn partners pikken nu het bipolaire principe -dat gekend is van brandstofcellen- op en passen dat toe op lithium batterijen. Dat gebeurt onder de merknaam EMBATT waarbij Fraunhofer IKTS de elektrode en de elektrode materialen ontwikkelt, ThyssenKrupp System Engineering de batterijen produceert en IAV Automotive Engineering ze in elektrische voertuigen integreert.
Individuele cellen worden niet meer op een rijtje aan elkaar verbonden in pakjes. Ze worden nu veeleer bovenop elkaar gezet in een groter volume. Daardoor is er geen/minder behoefte aan die behuizingen en al die contacten en krijg je ook ‘meer batterij’ in het voertuig. De directe verbinding van de cellen in de stack zorgen ervoor dat de stroom over heel de oppervlakte van de batterij vloeit bij een lagere elektrische weerstand.
De elektrodes van de batterij zijn ontworpen om snel energie op te nemen en af te geven. Het concept werkt alvast in het lab. “Met ons nieuwe batterijconcept willen we op middellange termijn het rijbereik van elektrische wagens optrekken naar duizend kilometer," stelt Dr. Mareike Wolter, Project Manager bij Fraunhofer IKTS.
De belangrijkste component van de batterij is de bipolaire elektrode: een metalen band die aan beide zijden bekleed is met keramische opslagmaterialen. De ene zijde is anode, de andere kathode. Het hart van de batterij. Deze keramische materialen komen in poedervorm. Ze worden met polymeren en elektrisch geleidende materialen tot een suspensie gemengd. Beide zijden van de band krijgen een ander recept.
Fraunhofer IKTS print de suspensies op de band in een ‘rol-op-rol’ proces. "We gebruiken onze expertise in keramische technologieën om de elektrodes zo te ontwerpen dat ze zo weinig mogelijk plek innemen, energie besparen, makkelijk te produceren zijn en lang meegaan”, zegt Wolter.
Het IKTS schuift de technologie van het lab naar de pilootfase. In een volgende stap gaat het voor nog grotere batterijcellen die het in elektrische wagens wil installeren. De eerste proeven in voertuigen worden tegen 2020 voorzien.
(© Photo Fraunhofer IKTS)
