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Batterieforschung

Feststoffbatterie soll anwendungsreif werden

09. August 2021, 17:17 Uhr   |  Kathrin Veigel

Feststoffbatterie soll anwendungsreif werden
© Fraunhofer IWS Dresden

Schwefel mit seiner hohen Speicherkapazität und geringen Materialkosten soll als Kernelement eines vielversprechenden Konzepts für Feststoffbatterien dienen.

Das Projekt »SoLiS« erforscht ein neuartiges Lithium-Schwefel-Batteriekonzept und zielt darauf ab, das Konzept aus der Grundlagenforschung in die industrielle Anwendung zu überführen. 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 Projektpartner, die im Rahmen des im Juli 2021 gestarteten Forschungsprojekts »SoLiS – Entwicklung von Lithium-Schwefel Feststoffbatterien in mehrlagigen Pouchzellen« zusammenarbeiten, 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:

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Fraunhofer IWS (Institut für Werkstoff- und Strahltechnik), Schunk Kohlenstofftechnik GmbH , TU Dresden, Universität Münster