Technologie

Feststoffbatterie vor Sprung in die industrielle Anwendung

11.08.2021 - Entwicklung von Lithium-Schwefel-Batterien in mehrlagigen Pouchzellen.

Das im Juli 2021 gestartete Forschungs­projekt „SoLiS – Entwicklung von Lithium-Schwefel-Feststoff­batterien in mehr­lagigen Pouch­zellen“ zielt darauf ab, ein viel­vers­prechendes Batterie­konzept aus der Grund­lagen­forschung in die indus­trielle Anwendung zu über­führen. Dank hoher Speicher­kapazitäten und geringer Material­kosten des Schwefels ermöglicht diese Zell­techno­logie potenziell den Aufbau sehr leichter und kosten­günstiger Batterien. Unter Feder­führung des Fraun­hofer-Instituts für Werkstoff- und Strahl­technik in Dresden fördert das Bundes­ministerium für Bildung und Forschung fünf Partner aus Wissen­schaft und Wirtschaft mit einer Gesamt­summe von knapp 1,8 Millionen Euro. Die Forschungs­ergebnisse könnten zum Beispiel Anwendungen in der elektrischen Luftfahrt ermöglichen.

Festelektrolyte stehen aktuell im Fokus der Batterie­forschung und gelten als sicherere Alter­native zu den konven­tionellen, leicht entzünd­lichen Flüssig­elektro­lyten in Lithium-Batterien. In der Feststoff­batterie über­nehmen diese entweder anorga­nischen oder organischen Feststoffe den Transport von Lithium-Ionen zwischen der positiven und der negativen Elektrode. In Kombination mit neuen Speicher­materialien sind sie somit der Schlüssel zu sicheren Batterie­zellen mit hoher Energie­dichte. Denn Flüssig­elektrolyte führen in Lithium-Schwefel-Batterien zu unerwünschten Neben­reaktionen, die bisher eine geringe Lebensdauer der Zellen zu Folge haben.

Daher stellt der Einsatz von Fest­elektro­lyten einen viel­ver­sprechenden Lösungs­ansatz dar. Bisherige Forschungs­ergeb­nisse sind ermutigend: im Labormaßstab ließ sich die grund­legende Machbar­keit einer Li-S-Feststoff­batterie bereits nachweisen. Jedoch existieren bisher zu wenig Daten zu anwendungs­relevanten Proto­typ­zellen, sodass es bisher noch nicht möglich ist, die Technologie zu evaluieren.

Die SoLiS-Projekt­partner setzen sich daher zum Ziel, Batterie­zellen mit mehreren Elektroden­lagen auf Basis der Li-S-Festkörper­technologie zu entwickeln und anwendungsnah zu bewerten. Neben den Verfahren zur Verarbeitung und Herstellung soll auch die Nano- und Mikro­struktur der Elektroden ganz­heit­lich unter­sucht und optimiert werden. Die Heraus­forderung besteht darin, das Speicher­material Schwefel mit elektrisch leifähigem Kohlenstoff und den ionen­leitenden Elektro­lyten in engen Kontakt zu bringen. Dabei besteht eine der Kern­anforde­rungen in der Fertigung erster Proto­typ­zellen darin, die beteiligten Zell­kompo­nenten in aus­reichender Qualität und Quantität herzu­stellen.

Dafür setzt das Projekt SoLiS auf ein inter­disziplinäres Team mit Kompetenzen in der Entwicklung innovativer Materialien und Prozesse sowie in der elektro­chemischen und struktu­rellen Charak­teri­sierung. Das Fraun­hofer-IWS übernimmt die Projekt­koordi­nation und bringt Know-how zu inno­vativen Verfahren zur Herstellung von Elektroden und Proto­typ­zellen in das Projekt ein. Die TU Dresden arbeitet an den Kathoden-Komposit­materialien und einem geeigneten Elektroden­design. Wissen­schaftler der Uni Münster erforschen maßge­schneiderte Fest­elektrolyte und deren Transport­eigen­schaften für den neuen Batterietyp. Die Uni Gießen bringt ihre Erfahrung und Kompetenz zur Charakte­ri­sierung von Grenzflächen­phänomenen in Feststoffbatterien ein. Und die Schunk Kohlenstofftechnik GmbH übernimmt die Herstellung von Kohlen­stoff­additiven und industriell relevanten Komposit­materialien.

Fh.-IWS / RK

Weitere Infos

 

LINOS Microbench Webinar on September 15, 2021

Skillful Use of the Original 30 mm Optical Cage System

More information

High Tec - Jobbörse vom 27.-30.09.2021

Die innovativen Unternehmen Exyte, HERAEUS, TRUMPF und ZEISS präsentieren Karriere- und Beschäftigungs- möglichkeiten in ihren Berufsfeldern. Sie richten sich an Physiker:innen und Studierende in MINT-Fächern, an Young Professionals und an Berufserfahrene.

Jetzt kostenfrei anmelden

LINOS Microbench Webinar on September 15, 2021

Skillful Use of the Original 30 mm Optical Cage System

More information

High Tec - Jobbörse vom 27.-30.09.2021

Die innovativen Unternehmen Exyte, HERAEUS, TRUMPF und ZEISS präsentieren Karriere- und Beschäftigungs- möglichkeiten in ihren Berufsfeldern. Sie richten sich an Physiker:innen und Studierende in MINT-Fächern, an Young Professionals und an Berufserfahrene.

Jetzt kostenfrei anmelden