AiF-FV-Nummer 15 EWN

Entwicklung von Lithium-Schwefel-Batterien auf Basis polymerummantelter Li2S-Kathodenmaterialien und innovativer Silizium-Anoden

Status & Laufzeit

Abgeschlossen: 01.04.2017 bis 30.09.2020

Forschungsstellen

Zusammenfassung

Die Speicherung elektrischer Energie in wiederaufladbaren Batterien gewinnt immer mehr an Bedeutung für stationäre, mobile und tragbare Systeme. Lithium-Ionen-Batterien (LIB) gelten aktuell als beste jedoch nicht optimale Lösung für viele der genannten Anwendungen. Eine mögliche Technologie zur Überwindung der technischen Nachteile stellen Lithium-Schwefel-Batterien dar. Durch die verwendeten Materialien können im Vergleich zu LIB prinzipiell geringere Kosten, höhere Speicherdichten und damit größere Reichweiten erzielt werden. Die wissenschaftlich-technischen Herausforderungen liegen in der auftretenden Degradation der bislang entwickelten LiS-Batterien sowie in der nur unzureichend genutzten theoretisch möglichen Speicherkapazität. In diesem Vorhaben werden zur Lösung dieser Problemstellung Kathodenmaterialien auf der Basis von Lithiumsulfid, Silizium-basierte Anoden mit zusätzlicher Lithiumquelle sowie daraus aufgebaute Elektroden und Vollzellen entwickelt. Gesamtziele des Vorhabens sind: - Verwendung von Lithiumsulfid auf der Kathode als Aktivmaterial und Lithiumquelle, - Vereinfachung der Prozessierung des wassersensitiven Lithiumsulfid durch Ummantelung mit polymerer Schutz- und Leitfähigkeitsschicht (elektrisch / ionisch), - Verzicht auf den Einsatz metallischen Lithiums an der Anode zur Erhöhung der Sicherheit der Zelle, - Optimierung einer Silizium-basierten Anode, - die Demonstration einer Testzelle mit einer Anfangskapazität von mindestens 800 mAh/g (bezogen auf das Kathodenmaterial Lithiumsulfid), - Betrieb dieser Testzelle über 1000 Zyklen mit geringer Degradation. Nach erfolgreichem Abschluss dieses für eine Laufzeit von 30 Monaten angesetzten vorwettbewerblichen Vorhabens stehen Materialien, Rezepturen und Konzepte zur Verfügung, die in Folgeprojekten mit Beteiligung der Industrie auf größere Ansätze übertragen und verifiziert werden sollen.

Förderhinweis

Das Forschungsvorhaben der Forschungsvereinigung Umwelttechnik wird / wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung und -entwicklung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.

Dokumente