Lithium-Schwefel-Batterien in die industrielle Anwendung überführen

Seit Juli 2021 läuft das Forschungsprojekt SoLiS unter Leitung des Fraunhofer IWS. Verschiedene Partner arbeiten gemeinsam daran, Lithium-Schwefel-Feststoffbatterien in die Praxis zu überführen. Schwefel als Batteriematerial ist günstig und besitzt eine hohe Speicherkapazität, entsprechende Feststoffbatterien sind jedoch noch wenig erforscht.

Lithium-Schwefel-Feststoffakkus sind sicher und langlebig

Li-S-Feststoffbatterien könnten zum Beispiel in der Luftfahrt eingesetzt werden. Sie nutzen einen festen Elektrolyten, der aus anorganischen oder organischen Materialien besteht. Festelektrolyten und neue Speichermaterialien sind der Schlüssel zu neuen, sicheren Batterien mit hoher Energiedichte. Solche Batterien sind zudem langlebiger, weil anders als bei heute üblichen Batterien mit flüssigen Elektrolyten keine unerwünschten Nebenreaktionen auftreten.

Für die Marktreife fehlen wichtige Erkenntnisse

SoLiS steht für „Entwicklung von Lithium-Schwefel-Feststoffbatterien in mehrlagigen Pouchzellen“. Die grundlegende Machbarkeit von Li-S-Feststoffbatterien wurde zwar im Labormaßstab bereits gezeigt. Es existieren aber bisher keine Daten zu anwendungsrelevanten Prototypzellen, wie das Fraunhofer IWS mitteilte. Diese seien aber nötig, um eine realistische Evaluierung der Technologie durchführen zu können. Das Projekt SoLiS soll diese Daten liefern.

Die Projektziele im Überblick

An SoLiS sind insgesamt sechs Partner beteiligt, die gemeinsam Li-S-Batteriezellen mit mehreren Elektrodenlagen entwickeln und anwendungsnah bewerten wollen. Neben der Verarbeitung und Herstellung wollen sie auch die Nano- und Mikrostruktur der Elektroden untersuchen und optimieren.

Dafür müssen die Projektpartner zunächst die einzelnen Zellkomponenten in ausreichender Qualität und Menge herstellen. Eine Herausforderung dabei ist es, Schwefel mit elektrisch leifähigem Kohlenstoff und den ionenleitenden Elektrolyten in engen Kontakt zu bringen. Dabei bringt das Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik seine Expertise bei der Herstellung von Elektroden und Prototypzellen ein.

Die TU Dresden arbeitet an Kathoden-Kompositmaterialien und einem geeigneten Elektrodendesign. Die Westfälische Wilhelms-Universität Münster erforscht feste Elektrolyte und deren Transporteigenschaften, während die Justus-Liebig-Universität Gießen an der Charakterisierung von Grenzflächenphänomenen in Feststoffbatterien arbeitet. Schunk Kohlenstofftechnik wird Kohlenstoffadditive und industriell relevante Kompositmaterialien herstellen.

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