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 eine industrielle Anwendung zu überführen. Dank hoher Speicherkapazitäten und niedriger Materialkosten von Schwefel ermöglicht diese Zelltechnologie potenziell den Bau von sehr leichten und kostengünstigen Batterien. Unter der Leitung des Fraunhofer-Instituts für Werkstoff- und Strahltechnik IWS in Dresden fördert das deutsche Ministerium für Bildung und Forschung fünf Partner aus Wissenschaft und Industrie mit insgesamt knapp 1,8 Millionen Euro.
Die Forschungsergebnisse könnten beispielsweise Anwendungen in der elektrischen Luftfahrt ermöglichen. Festelektrolyte stehen derzeit im Fokus der Batterieforschung und gelten als sicherere Alternative zu den herkömmlichen, leicht entzündlichen Flüssigelektrolyten in Lithiumbatterien. In der sogenannten Feststoffbatterie transportieren diese anorganischen Festkörper Lithiumionen zwischen den positiven und negativen Elektroden. In Kombination mit neuen Speichermaterialien sind sie dementsprechend der Schlüssel zu sicheren Batteriezellen mit hoher Energiedichte. Schließlich führen flüssige Elektrolyte in Lithium-Schwefel-Batterien zu unerwünschten Nebenreaktionen, die bisher zu einer kurzen Zelllebensdauer geführt haben. Daher stellt der Einsatz von Festelektrolyten einen vielversprechenden Lösungsansatz dar. Aktuelle Forschungsergebnisse sind ermutigend: Die grundsätzliche Machbarkeit einer Li-S-Festkörperbatterie wurde bereits im Labormaßstab demonstriert. Allerdings gibt es zu wenig Daten zu anwendungsrelevanten Prototypenzellen, so dass eine Evaluierung der Technologie noch nicht möglich ist.
Ziel des Projekts ist es, Batteriezellen mit mehreren Elektrodenschichten auf Basis der Li-S-Festkörpertechnologie zu entwickeln und anwendungsorientiert zu evaluieren. Neben den Verarbeitungs- und Herstellungsmethoden zielen sie auch auf die ganzheitliche Untersuchung und Optimierung der Nano- und Mikrostruktur der Elektroden ab. Die Herausforderung besteht darin, das Speichermaterial Schwefel in engen Kontakt mit elektrisch leitfähigem Kohlenstoff und den ionenleitenden Festelektrolyten zu stellen. Eine der Kernanforderungen bei der Herstellung der ersten Prototypenzellen ist es, die beteiligten Zellkomponenten in ausreichender Qualität und Quantität herzustellen.
Hier findest du ein gutes Erklärungsvideo zur Feststoffbatterie.
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