Feststoffbatterie soll Sprung in die industrielle Anwendung gelingen
BMBF-Projekt »SoLiS« erforscht innovatives Lithium-Schwefel-
Batteriekonzept
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 IWS aus Dresden fördert das Bundesministerium
für Bildung und Forschung (BMBF) 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 sogenannten
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.
Ziel: Anwendungsnaher Nachweis
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 Technische Universität Dresden arbeitet an den Kathoden-
Kompositmaterialien und einem geeigneten Elektrodendesign
- Wissenschaftler der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster
erforschen maßgeschneiderte Festelektrolyte und deren
Transporteigenschaften für den neuen Batterietyp
- Die Justus-Liebig-Universität Gießen bringt ihre Erfahrung und Kompetenz
zur Charakterisierung von Grenzflächenphänomenen in Feststoffbatterien ein
- Die Schunk Kohlenstofftechnik GmbH übernimmt die Herstellung von
Kohlenstoffadditiven bzw. industriell relevanten Kompositmaterialien
