Bringen Festkörperbatterien den Durchbruch bei Elektroflugzeugen?

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Die NASA arbeitet an Festkörperbatterien, die leichter, sicherer und leistungsfähiger sind als heutige Batterien. Das SABERS-Programm gehört zum Engagement der NASA für eine nachhaltige Luftfahrt und untersucht den Einsatz von Festkörperbatterien in Elektroflugzeugen. Jetzt meldet die NASA Fortschritte bei einer selbst entwickelten Batterie.

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Festkörperbatterien sind für die Luftfahrt attraktiv

Im Gegensatz zu den heute verbreiteten Lithium-Ionen-Batterien enthalten Festkörperbatterien keine Flüssigkeiten. Deshalb treten Probleme wie Überhitzung, Brände und langsamer Ladeverlust nicht auf. Gerade weil Feststoffbatterien nicht brennbar sind und auch bei Beschädigung noch funktionieren können, sind sie für den Einsatz in der Luftfahrt gut geeignet. Außerdem können sie mehr Energie speichern und funktionieren in anspruchsvollen Umgebungen besser.

Neuer Ansatz mit innovativen Batteriematerialien

Für den Einsatz im Elektroflugzeug müssen Batterien einerseits große Energiemengen speichern und gleichzeitig leicht sein. Zum anderen müssen die Akkus ihre Energie auch schnell genug entladen können. Deshalb experimentiert die NASA im SABERS-Programm mit innovativen neuen Materialien wie Schwefel und Selen. Das habe zu erheblichen Fortschritten bei der Entladegeschwindigkeit geführt, teilte die NASA mit. Im vergangenen Jahr habe das Forschungsteam die Entladegeschwindigkeit seiner Batterie um den Faktor 10 und dann noch einmal um den Faktor 5 steigern können.

Die Forscher stellten außerdem fest, dass sie dank der Festkörperarchitektur auch Konstruktion und Gehäuse verändern konnten. Das führte zu einem geringeren Gewicht und einer höheren Speicherkapazität der SABERS-Batterie. Anstatt jede Batteriezelle in einem eigenen Gehäuse unterzubringen, wie es bei herkömmlichen Lithium-Ionen-Batterien der Fall ist, werden die Zellen in der SABERS-Batterie vertikal in einem Gehäuse gestapelt.

Dank des neuartigen Designs kann die Batterie Objekte mit der enormen Kapazität von 500 Wattstunden pro Kilogramm antreiben, doppelt so viel eine herkömmliche Elektroauto-Batterie. „SABERS übertrifft weiterhin seine Ziele“, sagt Rocco Viggiano, leitender Forscher am Glenn Research Center der NASA in Cleveland. „Wir nähern uns allmählich dieser neuen Grenze in der Batterieforschung, die so viel mehr leisten könnte als Lithium-Ionen-Batterien können. Die Möglichkeiten sind wirklich unglaublich.“

Die SABERS-Forscher haben die Batterie unter verschiedenen Bedingungen getestet und festgestellt, dass sie bei doppelt so hohen Temperaturen funktioniert wie Lithium-Ionen-Batterien, und das ohne große Kühltechnik. Die Batterie wird nun unter noch höheren Temperaturen weiter getestet.

Weiterentwicklung mit Partnern

Wie die NASA mittteilte, war das Hauptziel von SABERS in diesem Jahr, zu zeigen, dass die Batterie die gesetzten Ziele bei Energiespeicherung und Sicherheit erreicht, und dass sie unter realistischen Bedingungen und bei maximaler Leistung sicher betrieben werden kann. Die Forschung sei aber bereits auf großes Interesse bei Behörden, der Industrie und Hochschulen gestoßen. Die Forscher arbeiten für die Weiterentwicklung der Batterie mit verschiedenen NASA-Projekten und anderen Organisationen zusammen.

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SABERS ist Teil des Projekts „Convergent Aeronautics Solutions“ der NASA. Es soll den Forschern die nötigen Ressourcen an die Hand geben, um zu klären, ob ihre Ideen zur Lösung einiger der größten technischen Herausforderungen der Luftfahrt realisierbar sind, und vielleicht von der NASA oder von der Industrie weiterverfolgt werden sollten.

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