Fraunhofer-Institut forscht an Lithium-Schwefel-Batterien

Eine neue Generation von Lithium-Schwefel-Batterien steht im Fokus des vom Fraunhofer IWS koordinierten und vom Bund mit knapp 2,9 Millionen Euro geförderten Forschungsprojekts „MaSSiF – Materialinnovationen für Schwefel-Silizium-Festkörperbatterien“.

Das Projektteam widmet sich dem Design, Aufbau und der Bewertung von leichten und kostengünstigen Prototypzellen auf Schwefelbasis mit hohen Speicherkapazitäten. Der Einsatz von Silizium als Anodenmaterial soll zudem die Langlebigkeit der Batteriezellen entscheidend verbessern, so das Fraunhofer IWS in der Mitteilung.

Zum Hintergrund: Zellen mit Schwefel als Kathodenaktivmaterial gelten als besonders vielversprechend. Diese Kathoden können in Feststoffbatterien sehr hohe Energiedichten erreichen, sie kommen zugleich ohne kritische Materialien wie Kobalt und Nickel aus. Das große Aber: Bei der Anode gibt es sowohl in der Verarbeitung als auch im Betrieb noch Herausforderungen. Ziel vieler Forschungsarbeiten ist es, metallisches Lithium als negative Elektroden in Feststoffbatterien einzusetzen. Die hohe Reaktivität des Lithiums begrenze jedoch die Stabilität und Sicherheit solcher Zellsysteme, so das Fraunhofer-Institut aus Dresden.

Der Ansatz im „MaSSiF“-Projekt ist daher der Einsatz von Silizium.  In der Kombination von Schwefel (bzw. Lithiumsulfid), einem Festelektrolyten und Silizium soll ein innovatives Zellkonzept entstehen, das geringe Materialkosten und hohe Energiedichte vereint.

Im Rahmen des Projekts wollen die Partner Batteriezellen entwickeln und Herstellen, die auf eine Energiedichte von 350 Wh/kg kommen und mehr als 300 Zyklen Lebensdauer aufweisen sollen. Neben der hohen spezifischen Energie sollen sich dank günstiger, nachhaltiger Rohstoffe und einer kurzen, lokalen Lieferkette deutliche Kostenvorteile gegenüber heutigen Li-Ionen-Batterien ergeben.

Das Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS übernimmt die Projektkoordination und bringt Know-how zu innovativen Verfahren zur Herstellung von Elektroden und Prototypzellen in das Projekt ein. Das Fraunhofer IFAM entwickelt optimierte Separatoren für die Lithium-Schwefel Batteriezelle auf Basis der erforschten Festelektrolyte. Forschende der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster untersuchen maßgeschneiderte Festelektrolyte und deren Transporteigenschaften für den neuen Batterietyp. Die AMG Lithium GmbH entwickelt und produziert sulfidische Festkörperelektrolyte und neue Kathoden-Aktivmaterialien basierend auf Lithiumsulfid. Die Schunk Kohlenstofftechnik GmbH übernimmt die Herstellung von Kohlenstoffadditiven bzw. industriell relevanten Kompositmaterialien.
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