Der lange Weg zu neuen Batteriezellen führt über gezielte Forschung. In Deutschland nimmt das Center for Electrochemical
Energy Storage (CELEST) in Ulm jetzt eine führende Stellung ein.
Der Realität ein Stückchen näher
Batterieforschung auf höchstem Niveau
Am 27.3.2019 wurde in Ulm das Center
for Electrochemical Energy Storage
(CELEST) Ulm & Karlsruhe offiziell
gestartet. Das Zentrum bezeichnet sich
als größte deutsche Forschungsplatt-
form in der elektrochemischen Ener-
gieforschung. Am CELEST werden
Forscher verschiedener Disziplinen
hochleistungsfähige und umwelt-
freundliche Energiespeicher entwi-
ckeln. Gründer der Plattform sind das
Karlsruher Institut für Technologie
(KIT), die Universität Ulm und das Zen-
trum für Sonnenenergie- und Wasser-
stoff-Forschung Baden-Württemberg
(ZSW). Die Labore des Helmholtz-Insti-
tuts Ulm sowie das ZSW Labor für
Batterietechnologie sind modernst
ausgestattet. Das Helmholtz-Institut
Ulm (HIU) wurde im Januar 2011 vom
Karlsruher Institut für Technologie
(KIT) als Mitglied der Helmholtz-Ge-
meinschaft in Kooperation mit der Uni-
versität Ulm gegründet. Mit dem Deut-
schen Zentrum für Luft- und Raumfahrt
(DLR) sowie dem Zentrum für Sonnen-
energie- und Wasserstoff-Forschung
Baden-Württemberg (ZSW) sind zwei
weitere renommierte Einrichtungen als
assoziierte Partner in das HIU einge-
bunden. Das internationale Team aus
rund 120 Wissenschaftlerinnen
und
Wissenschaftlern forscht im HIU an der
Weiterentwicklung der Grundlagen von
zukunftsfähigen Energiespeichern für
den stationären und mobilen Einsatz.
POLiS, Post Lithium Storage
Das standortübergreifende Exzellenz-
cluster Post Lithium Storage (POLiS)
wird für zunächst sieben Jahre mit rund
50 Millionen Euro gefördert. CELEST
bündeln 29 Institute und 45 Arbeits-
gruppen der Partnereinrichtungen ihre
Kompetenzen – von der Grundlagen-
forschung über die praxisnahe Entwick-
lung bis zur Batterieproduktion. Mit den
Forschungsfeldern „Lithium-Ionen-
Technologie“, „Energiespeicherung jen-
seits von Lithium“ sowie „Alternative
Techniken zur elektrochemischen Ener-
giespeicherung“ deckt CELEST rele-
vante Forschungsthemen der elektro-
chemischen Energiespeicherung ab.
Anders als viele Batterien, die heute
Laptops, Smartphones, Elektroautos
und Flugzeuge antreiben, sollen diese
künftigen Energiespeicher ohne die
endlichen Elemente Lithium und Kobalt
auskommen.
ZSW, Zentrum für Sonnenenergie- und
Wasserstoff-Forschung
Das Zentrum für Sonnenenergie und
Wasserstoff-Forschung Baden-Würt-
temberg (ZSW) gehört zu den führenden
Instituten für angewandte Forschung
auf den Gebieten Photovoltaik, Bat-
terien, Brennstoffzellen, regenerative
Kraftstoffe sowie Energiesystem-ana-
lyse. An den drei ZSW-Standorten Stutt-
gart, Ulm und Widderstall sind 250
Am Raster-Elektonenmikroskop zur Untersuchung einer Metallstruktur
27.03.2019
Doktorand vom KIT untersucht die elektrochemischen Eigenschaften unterschiedlicher Materialien für neue Energiespeicher
Foto: H.Penner
Foto: H.Penner
Wissenschaftler, Ingenieure und Tech-
niker beschäftigt. Hinzu kommen 90
wissenschaftliche und studentische
Hilfskräfte. Das ZSW ist Mitglied der
Innovationsallianz Baden-Württemberg
(inn BW), einem Zusammenschluss von
13 außeruniversitären, wirtschafts-
nahen Forschungsinstituten.
der Lithium-Sulfit-Zellen, so Oxis,
sei sogar eine Energiedichte von
bis 2500 Wh/kg möglich. Oxis-
Zellen besitzen eine Entladungs-
tiefe von 100% und bleiben bei
Überladung sicher. Li-Ionen-Ak-
kus können durch Tiefentladung
beschädigt werden! Oxis liefert
seine Zellen auch an das Jet Pro-
pulsion Laboratory der NASA in
Pasadena, Kalifornien, wo sie un-
ter verschiedenen Bedingungen
ausgewertet werden. Die Zellen
werden auf ihre Energiedichte,
Niedertemperaturleistung, Zyk-
luslebensdauer, Selbstentladung
und Kalenderlebensdauer unter-
sucht. Airbus, Siemens, Daimler-
Benz und Porsche in Deutsch-
land sind bereits ebenfalls Kun-
den. Eine enge Zusammenarbeit
besteht mit dem Fraunhofer Insti-
tut. Im Moment kann man bei den
bescheidenen Fertigungskapazi-
täten bis zur einer halben Million
Zellen fertigen. Bis 2025 möchte
man das auf 5 Millionen Zellen
steigern. Zweifelsohne wird das
auch andere Hersteller auf den
Plan rufen, die an diesem lukrati-
ven Wettbewerb mit teilhaben
möchten.
Leistungs- und Qualitätsanforde-
rungen erfüllt, um die Effizienz
für zukünftige Elektroflugzeuge
zu steigern.“ Oxis, schon länger
in der Batterieforschung tätig,
baut zurzeit in Brasilien mit dem
dortigen Partner Codemig, eine
Fertigungsanlage auf. Auf Basis
Über 50% leichter
Foto: Bye Aerospace
07.11.2019
Am 6. November 2019 beschlos-
sen der britische Zellenhersteller
Oxis Energy und der amerikani-
sche Flugzeugbauer Bye Aero-
space ein 12-monatiges Koopera-
tionsprogramm, um die mit dem
Flugzeugtyp eFlyer 2 demnächst
die erweiterte Flugerprobung
beginnen wollen. Es ist primär
darin vorgesehen, von den bisher
eingesetzten Zellen auf die Lithi-
um-Schwefel-Zellen umzusteigen,
die bereits über 500 Wh/kg und
das bei einer Kapazität von 20
Amperestunden bieten. Huw
Hampson-Jones, CEO von OXIS,
sagte: „Wir glauben, dass diese
Zusammenarbeit Bye Aerospace
das Vertrauen geben wird, dass
die Systeme von Oxis Li-S die
Batterietechnologie liefern wer-
den, die die anspruchsvollen
Oxis Energy und Bye Aerospace beschließen Kooperation
Als führende Forschungsorganisation
für anwendungsorientierte Forschung
in Europa sind die Fraunhofer Institute
Bindeglieder zwischen Forschung und
Industrie. Sie entwerfen Produkte und
verbessern Verfahren. Als jüngst die
australische Monash Universität die
Nachricht über demnächst verfügbare
Lithium-Schwefel Batterien verbrei-
tete, wurde man in Europa hellhörig.
Angeblich sollten Autos damit Reich-
weiten von 1000 Kilometer erreichen,
was einer Vervierfachung herkömmli-
cher Batterien bedeuten würde. Proto-
typ-Zellen wurden zwar auch vom
deutschen Forschungs- und Entwick-
lungspartner Fraunhofer IWS in Dres-
den hergestellt. Die Dresdner Forscher
bestätigen auch das grundsätzliche
Potenzial der Lithium-Schwefel-Tech-
nologie, dämpfen aber die Hoffnung
auf eine baldige Kommerzialisierung.
Die Technik sei sehr vielversprechend,
befinde sich allerdings noch in der
Entwicklung. „Erste Anwendungen
werden dort gesehen, wo es um gerin-
ges Gewicht geht, das gilt beispiels-
weise in der Luftfahrt“, sagte der Lei-
ter der Abteilung chemische Ober-
flächen- und Batterietechnik am IWS,
Holger Althues. Sein Team erforscht
die Technik seit Jahren. Lithium-
Schwefel-Zellen können bei gleichem
Gewicht mehr Energie speichern als
Lithium-Ionen-Akkus, sind dabei aller-
dings größer. Der Vorteil der Lithium-
Schwefel-Batterien sind die deutlich
niedrigeren Kosten, auch das Gewicht
ist geringer. In solchen Zellen besteht
die Kathode aus einem Gemisch von
Schwefel und Kohlenstoff und ersetzt
die bisher vorherrschenden Kathoden
aus Nickel, Mangan und Kobalt. „Das
eröffnet das Potenzial für eine kosten-
günstige Zelle: Schwefel ist im Gegen-
satz zu Nickel und Kobalt ein Abfall-
produkt und weltweit verfügbar“, sagt
Althues. Die Technologie hat sich aber
noch nicht durchgesetzt, weil Proble-
me mit der Stabilität der Kathode noch
nicht gelöst waren. Beim Laden und
Entladen dehnt sich diese deutlich
stärker aus (bzw. zieht sich zusam-
men), was zu feinen Rissen im Material
und damit zu einem höheren Ver-
schleiß führt. Das mit Dresden ver-
netzte Stuttgarter Fraunhofer Institut
IPA hat unter Federführung von Airbus
und mit erhebliche Förderungsmitteln
die Aufgabe übernommen, neben der
Verbesserung der Kathode aus Schwe-
fel und Kohlenstoff mit Hilfe neuer Ver-
arbeitungsverfahren und der Erpro-
bung von Hybridsystemen für den
Elektrolyten – also der Mischung von
Flüssig- und Fest-Elektrolyt –die Her-
stellung der Lithium-Metall-Anode
durch einen neuen, elektrochemischen
Prozess zu übernehmen. Eines der
Kernthemen des Projekts.
Bisher werden Li-Metall-Anoden mit
Hilfe von gewalzten Li-Folien herge-
stellt. Diese können heute jedoch noch
nicht viel dünner als 30 Mikrometer
hergestellt werden, denn Lithiummetall
neigt dazu, an anderen Oberflächen zu
kleben. Deswegen muss eine gewisse
Dicke für eine minimale mechanische
Stabilität gegeben sein. Weil 30 Mikro-
meter jedoch oft mehr sind, als die
Zelle elektrochemisch benötigt,
schleppen diese Zellen unnötiges
Gewicht und damit unnötige Kosten
mit. Um dies zu ändern, arbeitet die
Abteilung Galvanotechnik des Fraun-
hofer IPA an einem elektrochemischen
Prozess, mit dem beliebig starke Lithi-
umschichten in einem Schritt auf Me-
tallfolien aufgebracht werden können.
Sowohl in Stuttgart als auch in Dres-
den gibt man sich aber zurückhaltend.
Frühestens 2022 werde man so weit
sein, die bereits sehr seriennahen Er-
gebnisse können dann als Prototypen
an die Batterieforschungsfabrik in
Münster übergeben werden. All dies
zielt letztlich darauf, eine eigene Groß-
produktion von Batteriezellen in der
Bundesrepublik aufzubauen. 360
Wh/kg dann das Ziel bei deutlich über
1000 Ladezyklen. Davon ist Oxis in
England noch meilenweit entfernt. Ihre
Zellen schaffen gerade mal 75 Ladezy-
klen.
Fraunhofer Institute in Dresden und Stuttgart treiben die Entwicklung den Li-S-Zellen massiv voran
Schichtdicken sind Problemzonen
Herstellung der Lithium-Batterie-Elektroden im Pilotmaßstab bei Fraunhofer Institut IWS in Dresden
Anode im Schmelzverfahren hergestellt
Macroaufnahmen: Trockenfilmverfahren
Fotos: Fraunhofer
Fotos: Fraunhofer IWS
21.01.2020
Höhere Dichte dank Silizium
Das niederländische Start-up Ley-
denJar eröffnete eine Pilotanlage
zur Herstellung von Batterien der
neuen Generation, die bis zu 50
Prozent mehr Energie speichern.
Mit der Pilotanlage, die Mitte 2020
voll in Betrieb genommen werden
soll, will man demonstrieren, dass
die neuen verbesserte Zellen zum
gleichen Preis wie herkömmliche
Lithium-Ionen-Batterien hergestellt
werden können. Die höhere Ener-
giedichte des Energiespeichers ist
auf die von der Firma LeydenJar
patentierte poröse Siliziumstruk-
tur bei den Anoden zurückzufüh-
ren. Das Projekt wurde von der
Europäische Union zusammen
und anderen Investoren mit vier
Millionen Euro gefördert.
22.11.2019
Foto: LeydenJar
Forscher am KIT in Karlsruhe
haben nach einem neuen Verfah-
ren nachweisen können, wie man
aus salzhaltigen Tiefengewässern
im Oberrheingraben Lithiumionen
aus dem Thermalwasser heraus-
fil-tern kann und wie in einem
zweiten Schritt Lithium als Salz
ausgefällt werden kann. Das
inzwischen patentierte, nach sei-
nen Erfindern benannte Grimmer-
Saravia-Verfahren soll nun in
einer ersten Versuchsanlage
umgesetzt werden, um daraus
Lithiumkarbonat bzw. Lithiumhy-
droxid zu gewinnen. Wenn die
Versuche erfolgreich sind, ist der
Bau einer Grossanlage geplant.
Möglich wäre dann eine Produk-
tion von mehreren hundert Ton-
nen Lithiumhydroxid pro Jahr pro
Geothermie-Anlage. Nach aktuel-
ler Datenlage belaufen sich die
Potenziale im Oberrheingraben
auf deutscher und französischer
Seite auf mehrere tausend Tonnen
an förderbarem Lithium pro Jahr.
03.07.2020
Deutsches-Lithium aus den Tiefen des Oberrheingraben
Weltweit treiben Hersteller die Entwick-
lung von Brennstoffzellen voran. Ein
neues deutsches Konjunkturprogramm
soll besonders die Wasserstofftechno-
logie für den gesamten mobilen Be-
reich beschleunigen helfen. Bislang
gibt es nur das viersitzige Flugzeug
HY4 des DLR in dem Wasserstoff, die
Brennstoffzellen zur Stromerzeugung
betreibt. Weitaus häufiger sind Anwen-
dungen inLKW’s, Bussen und andere
Nutzfahrzeugen.
systeme etwas mehr als die Hälfte aus-
machen. Es funktioniert bei mehr oder
weniger jeder realen Temperatur von -
50 bis +50 °C und darüber hinaus. Und
während es sich zu diesem Zeitpunkt
noch im Labor befindet, geht das Team
davon aus, dass diese Brennstoffzellen
etwa 20.000 Stunden ohne Wartung
halten werden - ein weiterer sehr wich-
tiger Faktor für zukünftige kommerziel-
len Betreiber.
Der Entwicklungsplan sieht für dieses
Jahr noch vor, 15- bis 20-kW-Prototy-
Start-up Unternehmen weckt Hoffnungen für leichte und preiswerte Brennstoffzellen
Darin sieht das junge Start-up-Unter-
nehmen HyPoint in Kalifornien eine
große Chance für bestimmte Bereiche
in der Luftfahrt, denn sie haben den
riesigen Markt der eVTOL’s im Visier,
deren Flugdauer mit heutigen Lithium-
Ionen-Batterien zu stark begrenzt ist.
Ihre Entwicklung konzentriert sich auf
ein turbo-luftgekühltes Brennstoffzel-
len-Design mit extrem hoher Energie-
dichte. Um diese Fluggeräte wirtschaft-
lich zu betreiben, müssen sie den gan-
zen Tag für den Einsatz verfügbar sein.
Lange Ladezeiten, wie etwa für Batte-
rien an den Ladestationen, stellen da-
bei keine Lösung dar.
Die Energiedichte des Gesamtsystems
liegt bei etwa 960 Wh/kg, wobei Lithi-
umbatterien normalerweise nur 250
Wh/kg hergeben und andere luft- und
flüssigkeitsgekühlte Brennstoffzellen-
Versuchsstacks im kalifornischen Labor von HyPoint
pen zu bauen. Dem dann bis 2022 ein
volleinsetzbares System mit 150-200-
kW folgen wird. Bei Grossserienferti-
gung werden sich die Preise zwischen
100 und 500 $/kW einpendeln, während
flüssigkeitsgekühlte Systeme zwischen
300 und 600 $/kW liegen. Ihr zusätzli-
cher Nachteil, sie müssen noch das
komplette Kühlsystem mitschleppen.
Foto: Eviation
Foto: HyPoint
05.06.2020
Zuerst eVTOL im Visier
Die Energiedichte von 960 Wh/kg
schlägt bereits jedes Batteriesystem
100 $/kW als erreichbares Ziel
Foto: HiPoint
Versuchsmuster mit Wasserstofftank
HyPoint Brennstoffzellen-Stack
Drohne als Testmodul
Foto: HiPoint
Foto: HyPoint
haben „CryoFuselage“ in Kooperation
mit der Universität Bayreuth hat das
Entwicklungsziel kryogene Nieder-
druck-Wasserstofftanks aus Faser-
Kunststoff-Verbunden zu entwickeln
und als strukturlasttragende Kompo-
nente in die Flugzeug-Rumpfstruktur
von elektrifizierten Flugzeugkonzepten
zu integrieren. Im Rahmen der Quali-
tätssicherung und Flugsicherheit sol-
len die Tanks darüber hinaus durch die
Einbettung von Sensoren die Prozess-,
Schadens- und Füllstandsüberwahung
für diese elektrifizierten Flugzeugkon-
zepte ermöglichen.
Die Motivation der Forschung ist die ef-
fiziente Gestaltung der Speicherung
von Wasserstoff und die funktionale
Nutzung eines Wasserstofftanks inte-
griert in die Struktur des Luftfahrzeugs.
Ziel ist es, mittelfristig eine energieeffi-
ziente und umwelt-schonendere An-
triebsmethode bereit zu stellen.
"Die Entwicklung von leichtbaugerech-
ten Speichermöglichkeiten für Wasser-
stoff leistet einen erheblichen Beitrag
zur klimaneutralen Mobilität und hilft
die geforderten Klimaziele zu errei-
chen“, erläutert Prof. Dickhut.
Einen Wasserstofftank, der Strukturlas-
ten des Flugzeugs aufnimmt und alle
Kriterien der Dichtigkeit erfüllt, gibt es
noch nicht. Anstatt 700 bar in einem
herkömmlichen Wasserstofftank für
Autos sollen im künftigen Wasser-
stofftank für Flugzeuge nur rund 8 bar
Druck herrschen. Dieser verminderte
Druck wird durch Kühlen des Wasser-
stoffs auf -253 Grad Celsius erreicht.
Diese Tieftemperaturen stellen höchste
Ansprüche an das Material und die Iso-
lation des Tanks. Ziel ist es die richti-
gen Materialien und Materialkombina-
tionen zu finden und zu testen.
Das Projekt läuft seit dem 01. Januar
2021 und ist für eine Dauer von zweiein-
halb Jahren geplant. Das Bayerische
Staatsministerium für Wirtschaft, Lan-
desentwicklung und Energie fördert
das Projekt. Kooperationspartner ist
der Lehrstuhl für Polymere Werkstoffe
an der Universität Bayreuth.
Entwicklung von Wasserstoff-Niederdrucktanks
Wie lässt sich Wasserstoff in Luftfahrzeugen effizient einsetzen? Um diese Frage zu beantworten,
müssen alle Flugzeugkomponenten auf einen reinen Wasserstoffantrieb hin ausgerichtet und konzi-
piert werden. Und daran forschen auch Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler an der Universität
der Bundeswehr München. Prof. Tobias Dickhut von der Professur für Verbundwerkstoffe und Tech-
nische Mechanik am Institut Aeronautical Engineering arbeitet an der Entwicklung und Qualifikation
von kryogenen Niederdruck-Wasserstofftanks aus Faser-Kunststoff-Verbunden. Das Verbundvor-
Bild: DLR
19.03.2021
Lithium-Schwefel-Zellen auf dem Vormarsch
Foto: Oxis
27.04.2021
chende Batteriesystemen Kunden und
Partner für Tests zur Verfügung stellen.
Oxis arbeitet bereits seit fast vier Jahren
an der Entwicklung der Festkörper-Li-S-
Technologie. Der technologische Durch-
bruch dazu sei bereits vor drei Jahren
gelungen. In Folge dessen habe Oxis neun
neue Patentfamilien in diesem Bereich
angemeldet. Dabei geht es offenbar um
Festköper-Zellen und Quasi-Festkörper-
Zellen. Die Quasi-Festkörper-Li-S-Zelle der
ersten Generation mit einer Energiedichte
von 450 Wh/kg bzw. 550 Wh/l soll ab dem
Sommer 2022 ausgeliefert werden – bereits
diesen Herbst sollen Proof-of-Concept-Zel-
len an Kunden geliefert werden. Eine Erhö-
hung der Energiedichte auf 550 Wh/kg bzw.
700 Wh/l wird für Herbst 2023 angestrebt.
2026 sollen 600 Wh/kg und 900 Wh/l er-
reicht werden. Die Zell-Kapazität soll dabei
zwischen 10 und 20 Ah liegen.
Wie Oxis-CEO Huw Hampson-Jones mit-
teilte, sind „Unsere Li-S-Zellen sicherer als
Lithium-Ionen-Batterien, da der Schwefel
für das Lithium wie ein Passivator wirkt“.
Oxis hat die Mechanismen perfektioniert,
um auf dem Weg zum Rollout der Techno-
logie 2021/2022 bessere Werte bei Sicher-
heit und Haltbarkeit zu erreichen.“ Die
Vorprodukte für die Quasi- und Festkörper-
zellen sollen in der walisischen Fabrik Port
Talbot hergestellt werden. Die Zellen selbst
sollen dann in Brasilien in großen Stück-
zahlen montiert werden.
Oxis betont, dass seine Batterien bis zu 60
Prozent leichter als NMC-Zellen seien und
ohne Materialien wie Kobalt, Mangan, Nik-
kel oder Kupfer auskommen. Anwendungs-
fälle für seine Zellen sieht Oxis besonders
in der Luftfahrt, maritimen Anwendungen,
dem Verteidigungs-Sektor und in Heavy
Electric Vehicles. Über die Anzahl der mög-
lichen Ladewiederholungen schweigt sich
Oxis aber noch aus. Den letzten Angaben
zufolge lag man gerade bei 80 oder 100.
Das stellt einen Breiteneisatz etwa bei
Schul- oder später auch Zubringerflugzeu-
gen noch zu sehr infrage. QauntumScape
mit Vorkaufsrechten eingekauft, die sich
mit ihrer Festkörper Batterie große Hoff-
nungen machen. Leider gibt es bis heute
noch keine verlässlichen Angaben über
deren Leistungsfähigkeit.
tige Verbesserung der Reichweite bieten
sollen, ohne die Langlebigkeit des Packs
zu beeinträchtigen. Das selbst entwickelte
Festelektrolytmaterial, das eine sichere
und zuverlässige Zellleistung mit Elektro-
den mit hoher Spannung und hoher Ener-
giedichte ermöglichen soll, ist ebenso
erfolgsversprechend wie die Ankündigun-
gen von VW und BMW. So hat sich VW bei
QauntumScape mit Vorkaufsrechten einge-
kauft, die sich mit ihrer Festkörper Batterie
große Hoffnungen machen. Leider gibt es
bis heute noch keine verlässlichen Anga-
ben über deren Leistungsfähigkeit.
Auf der Zielgeraden befindet sich der Lithi-
um-Schwefel-Batteriespezialist Oxis Ener-
gy. Das Unternehmen will ab Herbst dieses
Jahres Festkörper-Li-S-Zellen und entspre-
Das Unternehmen Oxis Limted ist am 19.5.2021 in Insolvens gegangen. Mehr auf deren Website.
lionen Schweizer Franken getätigt. Die dort
hergestellten Elektroden sollen erstmals
auch in Richtung der Automobilbranche
gehen, aber zusätzlich die Nachfrage be-
stehender Kunden aus dem Non-Auto-
motive-Bereich befriedigen.
Battrion hat die „Aligned Graphite Techno-
logie“ bereits patentieren lasse. Diese
sorgt für eine verbesserte Mik-rostruktur
auf der Anode. Das Verfahren soll die Lade-
zeit im Vergleich zu Elektrofahrzeugen mit
konventionellen Lithium-Ionen-Batterien
deutlich reduzieren. Es besteht unter ande-
rem auch eine enge Kooperative mit dem
Bautechnologiekonzern Hilti, mit denen ein
eigener Batteriezell-Prototyp kreiert wurde,
der auf dieser neuartigen Technologie ba-
siert. In Elektrogeräten wiesen sie laut dem
Duo eine um bis zu 20 Prozent höhere Ent-
ladeleistung auf als herkömmliche Zellen.
Als weiteren Schritt kündigt Battrion
Schritt an, seine Technologie tauglich zur
Fertigung im GWh-Bereich machen zu wol-
len. Dazu arbeite nach eigenen Angaben
mit führenden Zellherstellern und OEMs in
verschiedenen Märkten an der Implemen-
tierung der Technologie.
Dr. Max Kory, Mitgründer und CEO von Bat-
trion führte dazu aus: „Mit dem Betrieb der
Anlage demonstrieren wir, wie diese Tech-
nologie eingesetzt werden kann, um den
CO2-Fußabdruck von Lithium-Ionen-Batte-
rien zu reduzieren. Wir verfolgen dabei
einen klaren Weg, um die Produktion der
negativen Elektroden der Batterie bei stark
reduziertem CO2-Ausstoß zu ermöglichen.
Mit flockenförmigem Graphit lässt sich ca.
10.000 Tonnen CO2 pro GWh Batteriekapa-
zität einsparen.“ Das ist in jedem Fall eine
Ansage.
Neue Batterieelektroden aus der Schweiz
Das in Dübendorf ansässige Unternehmen Battrion, ein Batterie-Spinoff der ETH Zürich,
hat eine Kleinserienfertigung für Batterieelektroden mit einer Kapazität von 20 MWh pro
Jahr aufgebaut und dort nun auch die Produktion für erste Kunden aufgenommen.
Battrion hat zum Aufbau der Produktion in Dübendorf eine Gesamtinvestition von drei Mil-
Foto: Battrion
27.04.2021
Rahmen ihres Joint Ventures Ultium Cells
bauen GM und LG derzeit bereits ein Batte-
riezellenwerk in Ohio, dessen Fertigstellung
für 2022 erwartet wird. Anfang März hatte
GM zudem Berichte bestätigt, dass der Kon-
zern eine zweite Batteriezellfabrik in den
USA plane.
Festelektrolyt-ist das die richtige Richtung?
Foto: Battrion
27.04.2021
tige Verbesserung der Reichweite bieten
sollen, ohne die Langlebigkeit des Packs
zu beeinträchtigen. Das selbst entwickelte
Festelektrolytmaterial, das eine sichere
und zuverlässige Zellleistung mit Elektro-
den mit hoher Spannung und hoher Ener-
giedichte ermöglichen soll, ist ebenso
erfolgsversprechend wie die Ankündigun-
gen von VW und BMW. So hat sich VW bei
QauntumScape mit Vorkaufsrechten einge-
kauft, die sich mit ihrer Festkörper Batterie
große Hoffnungen machen. Leider gibt es
bis heute noch keine verlässlichen Anga-
ben über deren Leistungsfähigkeit.
VW plant aber noch in diesem Jahr eine ei-
gene Pilotanlage in Deutschland zu bauen
und will diese später zu einer Gigafabrik
ausbauen, um sich von den großen Zellen-
herstellern unabhängig zu machen. Ähn-
lich denkt man auch bei BMW, die mit
Hyundai und Ford sich an dem Unterneh-
men Solid Power beteiligt haben. Nun hat
aber auch General Motors durch eine 139
Millionen US-Dollar schwere Investitions-
runde in den Festkörperbatterie-Spezialis-
ten SolidEnergy Systems (SES) beschleu-
nigt. Im März hatte der US-amerikanische
Autokonzern bereits eine Entwicklungsver-
einbarung mit SES geschlossen. SES ist
Einen ganz anderen Weg verfolgt ein neu-
gegründetes Unternehmen in den USA.
Dies amerikanische Factorial Energy hat
eine 40-Ah-Zelle mit Festelektrolyt ange-
kündigt, die E-Autos zu einer um 20 bis 50
Prozent erhöhten Reichweite verhelfen
soll. Zu dem Führungsteam und den Inves-
toren des bisher unbekannten Unterneh-
mens gehören einige in der Branche be-
kannte Namen. Bei dem Zellentyp soll es
sich dabei um einen speziellen Polymer-
Separator handeln. Derzeit würden die
Zellen auf eine gravimetrische Energie-
dichte von 350 Wh/kg und eine volumetri-
sche Energiedichte von 770 Wh/l kommen.
Ziel seien 400 Wh/kg und 1000 Wh/l. Nach
460 Zyklen soll die Kapazität unter 80 Pro-
zent fallen, die Zellen sollen mit 1C gela-
den werden können.
Das Material, bei dem man einen Durch-
bruch erreicht habe, sei sicherer als her-
kömmliche Lithium-Ionen-Technologie und
ersetzt den brennbaren flüssigen Elektroly-
ten durch einen sichereren, stabileren
Festkörperelektrolyten, der die Bildung von
Lithiumdendriten auf Lithium-Metall-
Anoden unterdrückt. Als einzige Zahl wird
genannt, dass auf „Factorial Electrolyte
System Technology“ (FEST) basierende
Batterieplattformen eine 20 bis 50 prozen-
ein in Singapur ansässiges Spin-off des
Massachusetts Institute of Technology
(MIT). Neben General Motors gehören zu
den Geldgebern der gerade abgeschlosse-
nen Finanzierungsrunde auch bestehende
Investoren wie SK, Temasek, Applied Ven-
tures LLC, Shanghai Auto und Vertex. SES
will mit diesen neuen Mitteln die Technolo-
gieentwicklung und die Kommerzialisie-
rung seiner Feststoffbatterien auf Lithium-
Metall-Basis beschleunigen.
Schon 2016 hatte SES eine Lithium-Metall-
Akkutechnologie angekündigt, bei der die
Anode durch eine extrem dünne Lithiumfo-
lie ersetzt wird, wodurch die Energiedichte
auf bis zu 500 Wh/kg deutlich vergrößert
werden könnte. General Motors zeigt sich
an der Technologie stark interessiert. SES
plant die nächste Generation seiner Ultium-
Batterien als Feststoffakku. Das heißt, dass
man mit Lithium-Metall-Anode arbeiten
wird. GM und SES planen bereits, in
Woburn im US-Bundesstaat Massachusetts
bis 2023 eine Prototyp-Produktionslinie für
die Zellen aufzubauen. Bis Mitte des Jahr-
zehnts wollen die beiden Partner die Kos-
ten um bis zu 60 Prozent senken. Das tönt
nach Hoffnung. Für die aktuelle Generation
der Ultium-Zellen arbeitet GM bekanntlich
mit LG Energy Systems zusammen. Im
Batteriezell-Produktion
bei VW
teme und Spezialist für Kabinen-Ausrüs-
tungen.
„Die Brennstoffzelle produziert Strom aus
Wasserstoff und stellt damit die energeti-
sche Grundlage des Propellerantriebes si-
cher. Lithium-Ionen-Batterien liefern wäh-
rend des Starts oder Steigfluges zusätzli-
che Leistung, die benötigt wird, um die Rei-
seflughöhe zu erreichen“, sagt Dr. Caroline
Willich, Wissenschaftlerin vom Institut für
Energiewandlung und -speicherung der
Uni Ulm. Die Ingenieurin leitet gemeinsam
mit ihrer Institutskollegin Dr. Christiane
Bauer die Ulmer Teilprojekte. An der Uni
soll unter anderem das Luftversorgungs-
modul für die Brennstoffzellen entwickelt
werden. „Die Brennstoffzellen, die hier zum
Einsatz kommen, werden mit Druckluft be-
trieben. Die Druck-Aufladung macht die
Brennstoffzellen effizienter und ermöglicht
höhere Leistungen. Dies ist besonders in
Flugzeugen von großem Interesse, denn
diese bewegen sich in großer Höhe und
damit im Unterdruckbereich“, erläutert Wil-
lich.
Diehl Aerospace stellt dafür eine sogenann
te Integrierte Modulare Avionik (IMA) zur
Verfügung. Die Abkürzung bezeichnet eine
modulare rechnergestützte Elektronikein-
heit aus standardisierten Komponenten
und Schnittstellen, die im Flugzeug dafür
sorgt, dass die verschiedenen Systeme
miteinander kommunizieren können. Das
Institut für Technische Thermodynamik am
DLR kümmert sich speziell um die Entwick-
lung des Brennstoffzellen- und Batteriesys-
tems.
Nach Ansicht der Uni ulm geht es letztend-
lich um den Aufbau einer Gesamtsystem-
kompetenz für Brennstoffzellen-Batterie-
Hybride, die dazu beitragen wird, den
Technologiestandort Deutschland zu stär-
ken und neue Arbeitsplätze zu schaffen.
Das Leistungsmanagementsystem, das
ebenfalls an der Uni Ulm entwickelt wird,
soll dabei in der Lage sein, auf die Anforde-
rungen unterschiedlicher Flugprofile prä-
zise und anwendungsnah zu reagieren. Ein
ganz besonderes Alleinstellungsmerkmal
am Brennstoffzellen-Forschungsstandort
Ulm ist ein Teststand, der in eine klimati-
sierte Unterdruckkammer integriert ist. So
können ganze Antriebsstrangsysteme unter
realistischen, flugrelevanten Bedingungen
charakterisiert und getestet werden.
MTU Aero Engines, führender deutscher
Triebwerkhersteller, arbeitet an der Gesam-
tintegration des Entwicklungskonzepts für
Flugzeuge aus der Klasse der 19 bis 80 Sit-
zer. Als Technologieträger ist zunächst eine
Dornier Do-228. Die DLR-Ausgründung
H2Fly widmet sich im Rahmen von EnaBle
insbesondere der Klärung sicherheitstech-
nischer Anforderungen und Fragen der
Zulassung. H2fly betreibt derzeit am Flug-
hafen das einzige in Deutschland wasser-
stoffbetriebene Flugzeug HY4 auf Basis
eines doppelrümpfigen Flugzeugs von
Pipistrel.
Leistungsfähigere Hybridantriebsssysteme für zukünftige Verkehrsflugzeuge
Ein skalierbares Antriebsmodul für Flugzeuge ab 250 kW wird jetzt vom Bundesministeri-
um für Wirtschaft und Energie mit 8 Millionen Euro gefördert. Beteiligt sind die Firmen
Diehl Aerospace und MTU Aero Engines, die DLR-Ausgründung H2FLY und die Universi-
tät Ulm. Diehl Aerospace obliegt im Forschungsverbund EnaBle die Leitung des Projekts.
Ziel ist ein hochinnovatives Hybridantriebssystems für den Flugverkehr, das Brennstoff-
zellen und Batteriesysteme vereint.
„Wir arbeiten gemeinsam an der Entwicklung eines hybridelektrischen Antriebs beste-
hend aus Brennstoffzelle, Batterie, Leistungselektronik und Power Management System.
Das konkrete Ziel, das wir dabei erreichen wollen, ist die zeitnahe industrielle Umsetzung
für leichte Motorflugzeuge mit bis zu 19 Sitzen“, erklärt Ronny A. Knepple. Der Ingenieur
verantwortet den Bereich Energiesysteme bei der Diehl Aerospace. Das Unternehmen,
das den Forschungsverbund EnaBle koordiniert, ist Technologieführer für Avionik-Sys-
Foto: Elvira Eberhardt / Uni Ulm
Brennstoffzelle in der klimatisierten Unterdruckkammer bei der
Testvorbereitung. Dr. Christiane Bauer (links) und Dr. Caroline
Willich beim Aufbau.
27.04.2021
Forscher entwickeln 560 kWh/kg-Zelle in Ulm
In Ulm, einem der dort größten europäischen Batterieforschungszentren wurden bahn-
brechende Entwicklungen am dortigen Helmholtz-Institut Ulm (HIU) in die Wege geleitet.
Das dortige HIU wurde 2011 aus dem Karlsruher Institut für Technologie (KIT) als Mit-
glied der Helmholtz-Gemeinschaft in Kooperation mit der Universität Ulm gegründet. Um
die 130 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler erforschen dort die Grundlagen für
zukunftsfähige Energiespeicher. Neue Wege zu gehen oder Bestehendes zu verbessern,
ist erklärtes Ziel der Forscherinnen und Forscher.
Foto: HIU
17.08.2021
Standard sind bei heutige Batterie-Zellen
Leistungsdichten von 250 Wh/kg. Als Al-
ternative bieten sich Lithium-Metall-Batte-
rien an: Sie zeichnen sich durch eine
hohe Energiedichte aus, das heißt, sie
speichern viel Energie pro Masse bzw.
Volumen. Doch ihre Stabilität stellt eine
Herausforderung dar – weil die Elektroden
materialien mit gewöhnlichen Elektrolyt-
systemen reagieren.
Eine Lösung haben nun Forschende am
Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
und am Helmholtz-Institut Ulm – Elektro-
chemische Energiespeicherung (HIU) ge-
funden. Wie sie im englischsprachigen
Magazins Joule berichteten, setzten sie
eine vielversprechende neue Material-
kombination ein. Sie verwenden eine
kobaltarme, nickelreiche Schichtkatho-
de (NCM88). Diese bietet eine hohe En-
ergiedichte, denn mit dem üblicherwei-
se verwendeten kommerziell erhältlich-
en organischen Elektrolyten (LP30) lässt
die Stabilität allerdings stark zu wünsch-
en übrig. Die Speicherkapazität würde
mit steigender Zahl der Ladezyklen sin-
ken. Die Forschenden in Ulm verwende-
ten daher stattdessen einen schwer-
flüchtigen, nicht entflammbaren ioni-
schen Flüssigelektrolyten mit zwei Anio-
nen (ILE). „Mithilfe des ILE lassen sich
die Strukturveränderungen an der nickel-
reichen Kathode wesentlich eindämmen“,
berichtet Dr. Guk-Tae Kim von der For-
schungsgruppe Elektrochemie der Bat-
terien am HIU.
Die Ergebnisse: Die Lithium-Metall-Batterie
erreicht mit der Kathode NCM88 und dem
Elektrolyten ILE eine Energiedichte von
560 Wattstunden pro Kilogramm und das
über 1 000 Ladezyklen. Dabei bleibt die
Kapazität zu 88 Prozent erhalten.
Die nickelreiche Kathode erlaubt, viel En-
ergie pro Masse zu speichern, der ionische
Flüssigelektrolyt sorgt dafür, dass die Ka-
pazität über viele Ladezyklen weitestgeh-
end erhalten bleibt. Die mit modernsten
Forschungseinrichtungen ausgestattete
Forschungsstelle weist aber ausdrücklich
darauf hin, dass die Lithium-Metall-Zellen
noch nicht serienreif sind. Nach Auskunft
der Wissenschaftler könnten die in Ulm
entwickelten Zellen auf den Standard-Pro-
duktionslinien über die die Industrie nicht
nur in Deutschland, sondern inzwischen
weltweit verfügt, die Lithium-Metall-Zellen
hergestellt werden. Bei entsprechendem
Interesse seitens der Industrie solche Zel-
len zu produzieren, könnte die Produktion
Höhere Leistung durch Materialmix
Serienreife in zwei bis vier Jahren
TU-München
Testanlage an der Uni München
in zwei bis vier Jahren beginnen. Die Ein-
satzmöglichkeiten sind vielfältig. Dies
besonders im Luftfahrtbereich, weil die
Kapazität von Lithium-Metall-Zellen heutige
Leistungsdichten mehr als das Doppelte
übertrifft.
Der Verzicht auf teures Kobalt und die Ver-
wendung eines nicht so leicht entflammba-
ren Elektrolyts sind weitere Aspekte für die
Serienreifmachung für Lithium-Metall-Bat-
terie auf Basis der nickelreichen Kathoden.
Zellenhersteller werden abwägen, in wel-
che neuen Technologien sie in kommen-
den Jahren investieren. Aus deutschen
Forschungskreisen ist gleichfalls zu hören,
dass auch an der Magnesium-Batterie,
ebenfalls in Ulm, geforscht wird. Und an
#der deutschen Batterie-Forschungsfabrik
in Münster sieht Professor Dr. Martin Win-
ter, Leiter des Forschungszentrums MEET
in erster Linie ebenso wie seine Kollegen
in Ulm die schnelle Umsetzung der For-
schungsergebnisse als größtes Hindernis.
Die Forschungsfabrik, die aber ganz Deut-
schland dienen soll, biete aber nun die Vor-
aussetzungen für in Großserie gefertigte
Batteriezellen „Made in Germany“.
Schafft die Festkörperzelle den Durchbruch?
Mehrere Unternehmen und For-
schungsanstalten kündigen an, dass
ihre Entwicklungen auf dem Sektor
der Feststoffbatterien kurz vor der
Serienreife stünden. Da ihre Separa-
toren nicht mehr aus Elektrolyten,
sondern aus Keramiken bestehen,
seien sie unbrennbar, was nur die
halbe Wahrheit ist, denn die Lithium-
Anteile in der Batterie lassen sich
nach wie vor entzünden. Solid Power
aus dem US-Bundesstaat Colorado
und Quantumscape aus San José in
Kalifornien, die von BMW und VW
sowie Letztere auch von Bill Gates
mit Millionen Dollar unterstützt
werden, liefern sich unter den
ganz großen Playern harte
Presseduelle. VW ist sogar zu
einem Drittel Anteilseigner von
Quantumscape. So soll sich ein
Akku in nur 15 Minuten auf 80
Prozent seiner Ladeleistung
aufladen lassen, und selbst bei
einer Temperatur unter 30 Grad
Celsius soll der in seiner dop-
pelt so starken Energiedichte
(bis 500 Wh/kg) noch ohne
große Leistungseinbußen funk-
tionieren.
Foto: DLR
Foto: Messe-Friedrichshafen
Foto: Messe-Friedrichshafen
Foto: Airbus
Schweizer Batterien mit Pfiff
Foto: MagniX
27.04.2021
ebene. André Borschberg, Executive Chair-
man von H55, kommentierte die Partner-
schaft wie folgt: „Wir sind von der Vision
von Harbor Air und MagniX, dem Pionier-
geist und dem Engagement für eine sau-
bere Luftfahrt angezogen worden. Die Zu-
sammenarbeit wird unsere Synergien und
Komplementaritäten nutzen. Wir alle ver-
stehen, dass der Weg zur elektrischen Luft-
fahrt kompliziert ist. Gleichzeitig wird un-
sere kombinierte Erfahrung durch die Bün-
delung der Kräfte zu einer schnelleren Zer-
tifizierung führen. Dies wiederum bietet eine
schnelle und sichere Möglichkeit, den Markt
zu erreichen und die elektrische Luft fahrt
bekannt zu machen.“
H55 ging aus dem ersten Schweizer Elek-
troflugprojekt hervor, das mit einem Sie-
mens-Elektromotor 2017 als aEro1 (E- Version
der deutschen Silence) mit einem schon sei-
Die drei Partner, Harbour Air in Vancouver-
ver/Kanada, MagniX in den USA und H55
aus der Schweiz schmiedeten ein strategi-
sches Bündnis, das 2019 begonnene Pro-
jekt zur Umrüstung von den DeHavilland
Beavers auf elektrische Antriebsstränge
mit höherer Effizienz fortzusetzen. Ziel ist
es, die bereits zahlreich durchgeführten
Flugversuche, die mit den kompletten
Antriebssträngen von Magnix geliefert wur-
den, nun mit einem verbesserten Batterie-
system von H55 auszustatten und die
Wasserflugzeuge von Harbor Air in eine
vollelektrische kommerzielle Flotte nach
der Zertifizierung umzurüsten.
H55 und die Ausgründung von Solar Impul-
se wird seine bewährte modulare Batterie-
technologie bereitstellen, um das Verhält-
nis von Gleichgewicht zu Gewicht und Aus-
dauer des eBeavers zu verbessern. Die
Batteriemodule des Unternehmens haben
eine der höchsten Energiedichten auf dem
Markt und bieten dem eBeaver das gesam-
te Energiespeichersystem und eine redun-
dante Batterieüberwachung auf Zellen-
nerzeit sehr fortschrittlichen Batterie-
Management-System (BMS) von sich
reden machte. H55 erfuhr durch André
Borschberg, der mit dem Solar Impulse
die Welt umrundete, eine zusätzlich
treibende Kraft. Das Unternehmen hat
sich in einem Forschungs-Camp in
Sion/Wallis etabliert, wo es sich auf
komplette elektrische Antriebsstränge
spezialisiert hat und diese auch für
andere Hersteller anbietet. Die Weiter-
führung der frühen Erfahrungen führ-
ten inzwischen auch zur Elektrifizie-
rung des Motorflugzeugs Bristell B23.
Die drei international tätigen Partner
sind nun bemüht, das eBeaver-Pro-
gramm durch gemeinsame Anstren-
gungen zu einer sauberen, effizienten
und leisen kommerziellen Luftfahrt
schneller durch die Zertifizierung
schon im kommenden Jahr ans Ziel zu
steuern.
Solid Power könnte seine Festkörperzellen 2026 in Serie gehen lassen
Foto: Solid Power
08.06.2022
terien. Weltweit arbeiten mehrere Unterneh-
men daran. Großer Bedarf besteht besonders
im Luft- und Raumfahrtbereich.
Die All-Solid-State-Batterien von Solid Power
entfernen die brennbare flüssige Elektrolyt-
und Polymertrennschicht in einer herkömmli-
chen Lithium-Ionen-Batterie und ersetzen sie
durch eine feste Schicht. Diese dünne, feste
Schicht wirkt als Barriere, um zu verhindern,
dass Anode und Kathode einander berühren,
was die Batterie kurzschließen würde. Es
wirkt auch als Leitelektrolyt. Der sulfidbasierte
Festelektrolyt von Solid Power ist der Haupt-
bestandteil der All-Solid-State-Batterieplatt-
form-technologie von Solid Power. Die Elek-
trolyte von Solid Power bieten die beste Kom-
bination aus Leitfähigkeit (die Fähigkeit, Ionen
schnell hin und her zu bewegen), Herstell-
barkeit und Leistung auf Zellebene.
Festkörperzellen vom amerikanischen Her-
steller Solid Power könnten ab 2026 in Groß-
serienproduktion gehen. Jetzt ist bereits eine
Pilotanlage in Betrieb, die vollautomatisiert
Festelektrolytmaterial auf Sulfidbasis (Schwe-
fel) verarbeitet. In Kombination mit einer Sili-
zium-Anode und festen Elektrolyten will man
auf 390 Wh/kg kommen. Als Ersatz der Sili-
zium-Anode könnte auch eine Lithium-Metall-
Anode verbaut werden, die auf eine Energie-
dichte von 440 Wh/kg käme. OEM-Partner
sind bereits Ford und BMW, die sich auch in
den ersten Finanzierungsrunden beteiligt
haben. Die jetzige Pilotanlage soll jährlich
15000 Zellen produzieren können. Das
amerikanische Unternehmen hat gegenwärtig
20 Ah- Muster in Erprobung. Man hoffe aber
auf eine Optimierung zwischen 60 und 100
Ah. Solid Power forscht nicht als einziger
Batteriespezialist an den Festkörper-Bat-
Foto: Solid Power
Foto: Solid Power
EASA anerkennt Schweizer H55 als ersten Hersteller eines 100 kW Antriebssystems
H55 aus der Schweiz, ist das erste Unternehmen, das die Zertifizierung der
Entwicklungs- und Produktionsorganisation für elektrische Antriebssysteme
erhalten hat. Er handelt sich da um einen äußerst kritischen Meilenstein zur
Zertifizierung eines vollständigen elektrischen Antriebssystems.
Foto: H55
André Borschberg, CEO der Schweizer Firma H55 vor der Bristell B23 Energic
23.06.2022
H55 hat von der European Union Aviation
Safety Agency (EASA) die Design Organi-
zation Approval (DOA) erhalten. Dies folgt
auf die Erteilung der Produktionsbetriebs-
genehmigung (POA) des Unternehmens
durch das Schweizerische Bundesamt für
Zivilluftfahrt (BAZL) im Januar dieses Jah-
res. Mit dem gesicherten DOA und POA ist
das Unternehmen gut positioniert, um sein
Musterzertifikat für sein elektrisches 100-
kW-Antriebssystem (EPS) für CS23-Flug-
zeuge zu erhalten, das für Ende 2023
vorgesehen ist.
Nach der Ankündigung, dass H55 von
Pratt und Whitney Canada für ein Groß-
projekt in der Hybrid-Elektroluftfahrt aus-
gewählt wurde, kommt das Unternehmen
mit seiner Roadmap für die technologi-
sche Entwicklung gut voran und beweist
sich erneut als Schlüsselfaktor in der
Elektroluftfahrt. Der Erhalt des DOA und
des POA wird es H55 ermöglichen, sein
elektrisches Antriebssystem innerhalb
eines definierten Zertifizierungsrahmens
zu entwerfen, und es dem Unternehmen
ermöglichen, dieses System in Serie zu
produzieren, wobei die Luftfahrtvorschrif-
ten und Produktionsanforderungen erfüllt
werden. H55 ist das einzige Unternehmen,
das den Motor und die Batterien gemein-
sam im Rahmen eines Type Certificate
(TC) zertifizieren möchte.
Das erste EPS-Typenzertifikat von H55 hat
bereits die formelle Akzeptanz seiner Zerti-
fizierungsbasis bei der EASA sicherge-
stellt, und formelle Validierungen mit an-
deren Behörden wie der US Federal Avi-
ation Administration und Transport Ca-
nada Civil Aviation sind im Gange.
Andre Borschberg, Mitbegründer und Vor-
standsvorsitzender von H55, kommentier-
te diesen wichtigen Meilenstein wie folgt:
„Mit 19 Jahren Erfahrung in der Entwick-
lung von vier fliegenden Elektroflugzeu-
gen und einem hochqualifizierten und
talentierten Team fordert uns die Branche
zunehmend, nicht nur als Elektroflugzeug
Ausrüstungslieferant, sondern auch für
unsere Kompetenz und unser Know-how
bei der Integration elektrischer Antriebs-
systeme in Flugzeugen. Der Erhalt sowohl
unseres DOA als auch unseres POA ist
eine weitere Bestätigung dafür, dass unse-
re Technologie und Erfolgsbilanz sowohl
von der Industrie als auch von den Auf-
sichtsbehörden anerkannt wird. Als Teil
unserer Strategie bei der Gründung des
Unternehmens hat H55 die Zertifizierung
als Mittel zur Förderung von Innovationen
angenommen, und dieser Ansatz hat sich
eindeutig ausgezahlt.“
H55 ist momentan das erste und einzige
Unternehmen, das Musterzertifikate für
elektrische Antriebssysteme als Teil sei-
nes Entwicklungsorganisationsbereichs
besitzt. DO, PO und TC müssen strenge
Anforderungen sowohl an die elektrische
Antriebseinheit (EPU), die elektrische En-
ergie in Strom umwandelt, als auch an das
Energiespeichersystem (ESS), das elektri-
sche Energie speichert und an die EPU
liefert, erfüllen. H55 hat den Zertifizieungs-
behörden erfolgreich gezeigt, dass seine
internen DO-Fähigkeiten für den Entwurf,
die Entwicklung, die Flugerprobung und
die Produktion elektrischer Antriebssys-
teme einschließlich wichtiger technologi-
scher Komponenten wie Batterien, kom-
plexer mechanischer Baugruppen, Soft-
ware und luftgestützter elektronischer
Hardware anwendbar sind.
Darüber hinaus hat H55 mit vier entwickel-
ten und geflogenen Flugzeugen bereits
bewiesen, dass seine Systeme sicher und
zuverlässig sind. Das TC wird es H55 er-
möglichen, weiterhin seine elektrischen
Antriebslösungen anzubieten, die für eine
Reihe bestehender Designs und zukünfti-
ger Luftfahrtkonzepte geeignet sind. Die
EPS- oder eigenständigen ESS-Batteriepa-
ketlösungen des Unternehmens, die mo-
dular, leicht und effizient sind, werden zu-
nehmend von Flugzeugherstellern, Flug-
linienbetreibern und Komponentenliefe-
ranten nachgefragt, die neue elektrische
Modelle anbieten oder bestehende Flug-
zeuge durch den Ersatz eines konventio-
nellen Flugzeugs nachrüsten Motor mit
elektrischem Antrieb.
Kraftfahrzeuge sollen damit sogar Reich-
weiten von 1000 km erreichen.
Dessen nicht genug kommt aus Kalifornien
die Botschaft, dass der Batterieentwickler
Amprius Technologies hat die Energiedich-
te seiner Zellen nach eigenen Angaben auf
rund 500 Wh/kg bzw. 1.300 Wh/l gesteigert.
Ergebnisse des Prüfinstituts Mobile Power
Solutions hätten gezeigt, dass die Zellen
bei 25 Grad Celsius eine Energiedichte von
504 Wh/kg bzw. 1321 Wh/l liefern.
Laut Amprius bieten die Zellen „eine poten-
ziell branchenweit einzigartige Leistung
und bahnbrechende Entladezeiten“. Zudem
sind sie bis zu 50 Prozent leichter und klei-
ner als handelsübliche Lithium-Ionen-Zel-
len, was sie besonders für die Luftfahrt-
branche interessant macht. Diese Zellen
bieten eine Laufzeit von 200 Prozent im
Vergleich zu modernsten Graphitzellen und
sind gleichzeitig leichter und kleiner als an-
dere Batterien mit demselben Energiege-
halt“, sagt Jon Bornstein, Präsident von
Amprius Lab.
Amprius hatte letztes Jahr erste Batterie-
zellen mit Silizium in Form von Nanodräh-
Werden Lithium-Zellen mit Silizium-Nanodrähten von Amprius die Luftfahrt bald beflügeln?
Foto: Elvira Eberhardt / Uni Ulm
Amprius, 20078 in
Fremont/California
gegründet, richtet
sich auf eine größere
bis 5 GWh-Produktion
ein. Entgegen einiger
Hersteller, die auf
Rundzellen setzen,
bevorzugt Amprius
Flachzellen.
01.04.2023
ten als Anodenmaterial und einer Ener-
giedichte von 450 Wh/kg bzw. 1.150 Wh/l
ausgeliefert, die zunächst in Satelliten
zum Einsatz kommen. Es handelt sich
um eine Weiterentwicklung der Version
mit 405 Wh/kg.
Das Unternehmen plant ein Werk im US-
Bundesstaat Colorado, um Zellen für den
Elektromobilitätsmarkt zu produzieren.
Dieses soll 2025 mit einer Jahreskapazi-
tät von 500 MWh in Betrieb gehen und
später auf bis zu 5 GWh erweitert wer-
den. Über die Verfügbarkeit schweigt
man sich aber aus und verweist
zunächst auf die Anwendung niedriger
Chargen in der Raumfahrt.
Die Rekordleistung von 500 Wh/kg Ener-
giedichte wurde übrigens von Mobile
Power Solutions verifiziert, einem füh-
renden Testinstitut, das umfassende
Tests zur Einhaltung gesetzlicher Vor-
schriften, Sicherheit und Leistung von
Batterien anbietet. Die Ergebnisse zei-
gen, dass dieses Zellmodell >504 Wh/kg
und >1321 Wh/l bei 25°C liefert.
https://ir.amprius.com
Bis vor kurzem galten Lithium-Zellen mit
250 Wh/kg noch als hocheffizient, doch
aus China gab Farasis Energy bekannt,
Zellen herzustellen, die eine Energie-
dichte von bis zu 330 Wh/kg und einer
Schnellladezeit von unter 15 Minuten herstel-
len zu können, was zu weltweit führenden
Lösungen für die E-Mobilität beitragen wird.
Farasis beliefert namhafte Kunden aus dem
Automotive und Non-Automotive-Bereich.
H2FLY gibt die Entwicklung einer neuen Generation von Brennstoffzellensystemen für Verkehrsflugzeuge bekannt
H2FLY kündigt die nächste Generation eines Brennstoffzellensystems für gros-
se Höhen (bis zu 27.000 Fuß) an und rückt damit der Verwirklichung eines nach-
haltigen kommerziellen Flugverkehrs näher Das H175-Programm wird eine Reihe
von Brennstoffzellensystemen bereitstellen, die kombiniert und hochskaliert
werden können, um wasserstoffbetriebene Flugzeuge im Megawatt-Klassenbe-
reich mit 20 bis 80 Sitzplätzen anzutreiben. Es ist geplant, das neue System
später in diesem Jahr zu testen.
Bild: HI2FLY
21.06.2023
Profesor Dr. Josef Kallo, CEO und Mitbegründer von H2FLY
H2FLY, der nach eigenen Angaben weltweit
führende Entwickler von wasserstoffelektri-
schen Antriebssystemen für Flugzeuge
kündigt die nächste Generation seines pro-
prietären Brennstoffzellensystems H175 an
– eine leistungsstarke und modulare An-
triebseinheit, die für den Einsatz in kom-
merziellen Flugzeuganwendungen
entwickelt wurde.
Das H175-Programm wird eine Reihe von
Brennstoffzellensystemen bereitstellen, die
kombiniert und hochskaliert werden kön-
nen, um wasserstoffelektrische Flugzeuge
im Megawatt-Klassenbereich anzutreiben,
was Flugzeugen mit 20 bis 80 Sitzplätzen
entspricht. H2FLY ist für die Entwicklung,
Integration und Prüfung der gesamten
Hardware und Software des Brennstoffzel-
lensystems verantwortlich.
Zur Ankündigung von H175 sagte Profes-
sor Dr. Josef Kallo, CEO und Mitbegründer
von H2FLY: „Mit H175 stellen wir eine völlig
neue Generation von Brennstoffzellensys-
temen in Luftfahrtqualität vor und treiben
damit den Stand der Technik in der Bran-
che voran.“ Durch die Entwicklung dieses
neuen Systems, aber auch durch die Arbeit
an der Lösung der Herausforderungen zur
Nutzung von flüssigem Wasserstoff mit
Brennstoffzellen im HEAVEN-Projekt, ver-
eint H2FLY alle entscheidenden Elemente,
um wirklich nachhaltige, kommerzielle
Flugreisen zu realisieren.“
H175-Systeme werden in der Lage sein,
ihre volle Leistungsreichweite in Flughö-
hen von bis zu 27.000 Fuß bereitzustellen,
was einen wichtigen Schritt auf dem Weg
von Flugdemonstrationen in geringeren
Höhen hin zu realen kommerziellen Flug-
zeuganwendungen darstellt.
H2FLY plant, die erste Generation seines
H175-Systems Ende dieses Jahres in Flug-
demonstrationen zu testen. Darüber hinaus
beabsichtigt das Unternehmen im Rahmen
des Bundesprojekts „328 H2-FC“ die Inte-
gration von H175-Brennstoffzellensyste-
men in ein Dornier 328-Demonstrator.
„328 H2-FC“ ist ein vom Bundesministe-
rium für Wirtschaft und Klimaschutz
(BMWK) gefördertes Gemeinschaftsprojekt
mit anderen Partnern mit dem Ziel, ein was-
serstoffelektrisches Brennstoffzellensys-
tem im Megawattbereich zu entwickeln und
in Flugdemonstrationen zu testen.
Im letzten Jahrzehnt war H2FLY führend bei
wasserstoffelektrischen Antriebsstrangsys-
temen für Flugzeuge und baute und testete
bisher sechs verschiedene Generationen
von Antriebssträngen. Im vergangenen
Jahr stellte das Testflugzeug HY4 des Un-
ternehmens einen vermutlichen Weltrekord
für wasserstoffelektrische Passagierflug-
zeuge auf, die in einer Höhe von 7.230 Fuß
fliegen. Darüber hinaus leitet das Unterneh-
men die europäische Initiative HEAVEN –
ein Projekt, das die Machbarkeit der Ver-
wendung von Flüssigkeiten demonstrieren
soll, flüssigen Wasserstoff mit Brennstoff-
zellen in Flugzeugen.
Versuchsträger Dornier Do 328 für das 328 H2-FC-Programm
US-Startup Universal Hydrogene probt in Frankreich Verladung von Wasserstoff-Modulen unter Realitätsbedingungen in Commuter-Flugzeug
Universal Hydrogen aus Los Angeles/USA präsentierte jetzt im französischen
Toulouse ein mit JBT AeroTech gemeinsam entwickeltes, modulares Schnell-
wechsel-Tanksytem für Wasserstoff. Dabei ergänzt Universal Hydrogen seine
Arbeiten an dem Umrüstsatz für Regionalflugzeuge, deren konventionelle
Turbopropantriebe durch eine eigene Antriebsstrang-Entwicklung bestehend
aus Brennstoffzellenmodule und dem eigentlichen Elektromotoren-Antriebs-
strang ausgetauscht werden sollen, um dann CO2-frei fliegen zu können.
Foto: Universal Hydrogen
07.11.2023
Auf Paletten verpackte Wasserstofftanks werden am Flugzeug ausgetauscht
Ziel ist es, geeignete Maschinen wie
die DeHavilland Dah 8 oder die ATR
42 auf umweltfreundliche Antriebe
umzurüsten. Diese Flugzeugtypen
sind in großen Stückzahlen weltweit
im Einsatz. Schlüssel zum gefahrlo-
sen Umgang ist auch die Art der Zu-
führung des benötigten Wasserstoffs
im Flugzeug über das modulare Sys-
tem. Dadurch wird eine Direktbetan-
kung am Flugzeug vermieden, die ei-
ne spezielle Flughafen-Infrastruktur
benötigen würde.
Dieses modulare System, wie es jetzt
getestet wurde, hat auch den Vorteil,
dass im Linienbetrieb keine langen
Standzeiten entstehen. Die auf Palet-
ten geladenen Wasserstoffkapseln,
können innerhalb weniger Minuten in
einem im Flugzeug dafür vorgesehen
Laderaum ausgetauscht und mit den
Anschlußleitungen gekoppelt werden.
Gleichzeitig präsentierte das Unter-
nehmen auch die Betankungslogistik-
lösung für sein neues H2AmpCartTM,
das in Zusammenarbeit mit JBT Aero-
Tech entworfen und entwickelt wird
und als mobiles Batterieladegerät mit
Wasserstoff-Brennstoffzellenantrieb
für elektrische Bodenunterstützungs-
geräte (GSE) dienen wird.
Die noch im Oktober dieses Jahres
durchgeführte Demonstration stellt
einen bedeutenden Fortschritt dar,
wenn es um die kurzfristige Anwen-
dung von grünem Wasserstoff auf
Flughäfen geht, die von dieser Task
Force vorangetrieben wird, die die
Umstellung von Flughäfen auf um-
weltfreundlichere Lösungen unter-
stützen möchte, die das weitere
nachhaltige Wachstum der Branche
er-möglichen. Festinstallierte Wasser-
stoff-Betankungsanlage bedürfen
dagegen sehr aufwändiger Sicher-
heitseinrichtungen über die heute
noch kein Flughafen verfügt.
Die Task Force begrüßt Live-Demons-
trationen innovativer Technologien,
um zu zeigen, wie die Branche weiter-
hin ihre hohen Sicherheitsstandards
und Betriebsanforderungen erfüllen
wird. Die Demonstration auf der ATR-
72 zeigte das Be- und Entladen der
modularen Wasserstoffkapseln von
Universal Hydrogen in das Flugzeug,
simulierte einen Wendevorgang und
fand auf dem betriebsbereiten F50-
Vorfeld des Flughafens Toulouse-
Blagnac statt. Eine enge Zusammen-
arbeit zwischen dem Flughafen Tou-
louse Blagnac, seinen Sicherheits-
partnern sowie dem für den Boden-
betrieb zuständigen Bodenabferti-
gungsunternehmen Groupe 3S er-
möglichte eine reibungslose und
erfolgreiche Durchführung der De-
monstration.
Die H2AmpCart-Wasserstoffmodule
von Universal Hydrogen werden aus-
serhalb des Flughafens mit grünem
Wasserstoff befüllt und unter Nutzung
der vorhandenen intermodalen
Frachtinfrastruktur an einen Lager-
platz des Flughafens überführt. Von
dort aus werden die Module auf einen
Anhänger geladen, um sie sicher und
effizient zu jedem beliebigen Standort
auf dem Flughafen transportiert zu
werden.
„Da für die Verwirklichung der modu-
laren Wasserstoffbetankung keine
zusätzliche Infrastruktur am Flugha-
fen erforderlich ist, sind wir zuver-
sichtlich, dass wir vom sofortigen
und kostengünstigen Übergang zu
echten Null-Emissionen profitieren
werden,“ sagte Arnaud Namer, COO
von Universal Hydrogen.
Universal Hydrogen lud auch unter
anderem GE Aerospace, Airbus Ven-
tures, American Airlines, JetBlue
Technology Ventures, Toyota Ventu-
res und Mitsubishi Capital ein, die zu
den strategischen Investoren an dem
Gesamtprojekt zählen. Universal Hy-
drogen hatte erst im Juli 2022 sein
europäisches Entwicklungszentrum
in Toulouse eröffnet hatte. Dort fin-
den vorrangig die Arbeiten am Um-
rüstsatz für die ATR 72 statt. In Tou-
louse-Blagnac befinden sich sowohl
Airbus als auch das Gemeinschafts-
unternehmen Airbus-Leonardo/-Avi-
ons de Transport Régional ( ATR).
Versuchsträger ATR 72 . Im Vordergrund die gestapelten Wasserstoff-Tanks.
Erste deutsche Elektro-Ladestelle für kleine Flugplätze am Beispiel Kempten-Durach
Jeder noch so kleine Flugplatz, sofern an ihm Motorflug betrieben wird, wirbt zu-
mindest mit einer Tankstelle für Superbenzin oder Avgas 100. Seit 2019 werden
serienmäßig zugelassenen Motormaschinen vom Typ Velis betrieben. Doch nicht
jeder Flugplatz verfügt über eine Stromversorgung. Und extra aufgestellte Strom-
generatoren sind nicht selten zu schwach. Sind aber Stromquellen vorhanden, so
kann zumindest ein mobiles Ladegerät Abhilfe schaffen.
Foto: H.Penner
28.6.2024
Uwe Nortmann war mit dem Elektra-Trainer der erste Nutznießer der neuen Lademöglichkeit
So dachte man auch bei der Landeplatzge-
sellschaft mbH Kempten-Durach, nachdem
auf Messen und Stammtischversammlun-
gen im Norden wie im Süden laut darüber
nachgedacht wurde, wie man denn eines
Tages den Bedarf anfliegender Gastflug-
zeuge von anderen Flugplätzen, die Strom
für ihre Batterien benötigen und diesen
etwa während einer Kaffeepause „nachtan-
ken“ möchten, decken könnte.
Kempten-Durach steht damit nicht alleine,
weiß Dr. Jürgen Schwahn, Vorsitzender
von der Interessengemeinschaft der regio-
nalen Flugplätze e.V., zu berichten. Sein
Verband setzt sich dafür ein, das Thema
Infrastrukturen der Zukunft an Flugplätzen
und Flughäfen auch in der Breite zur Spra-
che zu bringen und eventuell Vorschläge
auch in die Politik zu reichen. Längst be-
kennt sich auch die Wirtschaft, dass die
General Aviation zur Wertschöpfung der
Volkswirtschaft mit beiträgt. Dazu reichen
heutige Infrastrukturen, die sich alleine auf
Verbrennungskraftstoffe fokussiert haben
nicht.
Doch während andere noch darüber reden,
sich konkret mit den Fakten auseinander
zu setzen und zu handeln, haben sich die
Landeplatzgesellschaft mit Geschäftsfüh-
rer Konstantin Hadrossek und ideeller Un-
terstützung durch die Luftsportgruppe
Kempten-Durach e.V. Gedanken gemacht,
wie man statt eines Baustellen-Verteilers,
den man im vergangenen Jahr noch als
„Erstlösung“ eingesetzt hatte, etwas pro-
fessioneller umsetzen könnte. Zusammen
mit Elektromeister Hermann Böving prüfte
man die Verfügbarkeit des Stroms, der zum
Flugplatzgelände führt. Ernüchterung kam
nach der Prüfung, dass die vorhandenen
Kabel nicht mehr als 32 Ampere bzw. 22 kW
Drehstrom aufweisen.
Ein Umstand, mit dem sich viele andere
Landeplätze auch erst einmal auseinander-
setzen müssen, wenn sie sich auf die ga-
rantiert kommende Elektrofliegerei einstel-
len wollen. Noch problematischer wird es
an Plätzen, die über keinerlei elektrische
Infrastruktur verfügen, doch dessen nicht
genug. So entstehen an neuerbauten Flug-
häfen wie der BER in Berlin gigantische
Aufgaben durch bauliche Veränderungen
als auch durch enorme Kosten.
Warum? Kleine 10 bis 19-sitzige Commu-
ter-Flugzeuge sollen in Zukunft neue Märk-
te erschließen und das heißt, dass Erdka-
bel neu verlegt und die Leistungen im Me-
gawatt-Bereich übertragen werden müssen.
Die Firma Siemens, einer der Pioniere auf
dem Sektor für LKW-, Bus-, Bahn- und
Schiffsladetechnik spricht zusätzlich von
gekühlten Kabeln, die so die Experten aus
dem Flugzeugbau, sogar in den Flugzeu-
gen selbst eingeplant werden müssen.
Ganz so weit dachte man in Kempten noch
nicht, denn mangels Finanzen, die der
kleine Flugplatz Kempten für professio-
nelle Ladesäulen nicht aufbringen konnte,
sah man sich gezwungen, eine Alternativ-
lösung zu finden, die den Kauf und die
Installation einer serienmäßigen Ladesta-
tion umgeht. „Einer muss anfangen“,
sagte Konstantin Hadrossek und ließ mit
einem Aufwand von immerhin 13.000 Euro
eine Ladestation Marke Eigenbau von
Elektromeister Böving bauen, die vor dem
Flugplatz-Cafe installiert wurde. Dazu
musste ein Erdkabel verlegt werden. Auf
einem Betonsockel wurde ein Verteilerkas-
ten der üblichen Bauart aus Kunststoff mit
verschließbarer Tür installiert, unter dem
die Verteilungssysteme, bestehend aus
zwei Cekon-Steckdosen und Anschlusska-
bel sowie einem EN 62196 Typ2 Stecker
mit Kabel und zwei üblichen Schuko-
Steckdosen montiert sind. Dazu zwei
kleine elektronische Stromzähler. Dies
sind zwar eichrechtskonform, doch die
Zählerstände müssen noch per Digitalfoto
oder Handyfoto zur Abrechnung auf den
Tower gebracht werden.
Das soll sich mit einer endgültigen Aus-
baustufe noch ändern, doch es ist ein An-
fang. 400 Volt Wechselstrom liegen am
Netz und somit stehen 2 mal 11 kW zur
Verfügung. Genug, um zumindest eine
Pipistrel Velis aufzuladen. Aber erster offi-
zieller Nutzer war Uwe Nortmann, der ge-
rade von einer ILA-Vorführung aus Berlin
kam, um in Kempten-Durach seinen Elek-
tra Trainer am 15.6.2024, dem 2. Kempte-
ner Elektroflugtag aufzuladen. Abgerech-
net wird nach ortsüblichen Tarifen und ei-
nem geringfügigen Aufwandskosten-Auf-
schlag, doch ganz entscheidend ist, dass
der Service bereits im AIP aufgeführt ist.
Aller Anfang ist schwer und zur Nachah-
mung empfohlen, solange keine Fördermög-
lichkeiten bestehen.
Um diese ging es am gleichen Tag in einer
Sonderkonferenz mit 15 Teilnehmern, um
ein Netzwerk aus Bayern, Baden-Württem-
berg und Rheinland-Pfalz aufzubauen. „Eine
Elektroflugstrecke für E-Flugzeuge ist eine
gute Möglichkeit, um Forschung mit der
Realität zu verbinden. Bayern ist hier auf
dem besten Weg, die Vorreiterrolle zu über-
nehmen“, so Hadrossek weiter. Man ver-
fasse gerade ein Grundsatzpapier, was nicht
nur der bayerischen Staatregierung über-
bracht werde, sondern, was auch anderen
Ländern als Hilfe dienen und um als
Beschleuniger wirken kann. Das, was
Zukunftsforscher Morell Westermann müh-
sam auf seinem Flug von der Schweiz nach
Norderney durch eine begleitende Mann-
schaft mit mobilem Ladegerät durchführen
konnte, soll nun zumindest in der ersten
Phase zwischen den Verkehrslandeplätzen
bei einer Etappenweite/Maschenweite des
Ladenetzes von 100 km oder 1 h Flugzeit
zwischen einigen Flugplätzen in den
genannten Bundesländern möglich sein.
Wie es um andere Bundesländer steht, müs-
sen sich Kommunen oder auch private und
öffentliche Gesellschaften kümmern, wenn
man auch für die Zukunft gerüstet sein will.
Einige Bundesländer, wie z. B. Nordrhein-
Westfalen haben bereits Millionen-Beträge
zur Förderung der E-Fliegerei bereit bestellt.
Besondere Aufgaben werden allerdings an
Flughäfen gestellt. Sie müssen in einer wei-
teren Aufbauphase auch an die Betankungs-
möglichkeiten mit gasförmigen oder
flüssigem Wasserstoff denken.
Elektro-Ladestelle am Flugplatz Kempten-Durach mit verschiedenen Steckerkabeln
Elektrisches Fliegen - die Zukunftsperspektive
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Elektrolyte bestimmen die Festigkeit der Kathode
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