Bereits im Mai wurde das Verbundprojekt Liscell, an welchem Forscher verschiedener Fraunhofer-Institute beteiligt waren, beendet. Im Rahmen des Projektes hat man die Lithium-Schwefel-Batteriezellen weiterentwickelt. Die Weiterentwicklung, durch die Fraunhofer-Institute für Werkstoff- und Strahltechnik IWS, für Organische Elektronik, Elektronenstrahl- und Plasmatechnik FEP und für Verkehrs- und Infrastruktursysteme IVI aus Dresden sowie das Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie ICT aus Pfinztal, wurde auf Basis neuer Kathoden, Elektrolyten und Anoden vorangetrieben. Insgesamt drei Jahre wurde im Rahmen von Liscell geforscht, um so die Lithium-Schwefel-Technik für die Elektromobilität weiter zu erschließen.
Denn bereits heute erreichen die Zellen aus Lithium-Schwefel (Li-S) bis zu 40 Prozent höhere Energiedichten (bis 400 Wh/kg) als die besten Li-Ionen-Zellen, können allerdings nur 50 bis 100-mal wiederaufgeladen und genutzt werden. Ein Nachteil, der gerade bei langlebigen Investitionen wie ein Elektroauto gegen den Einsatz der Lithium-Schwefel-Batteriezellen in Serie spricht. Verantwortlich für die kurze Nutzung sind die Zersetzungsreaktionen des Elektrolyten an der Anoden-Oberfläche, die aus metallischem Lithium besteht. Genau auf diese Herausforderung haben sich die Forscher konzentriert, um so ein Zellkonzept auf Basis von Silizium-Legierungs-Anoden zur Substitution des metallischen Lithiums zu entwickeln.
In ersten Prototypen konnte das neue Anoden- und Zellkonzept in Li-S- und Li-Ionen-Prototypzellen bereits umgesetzt und demonstriert werden. Weiterhin seien die Vorteile der Si-Anoden-Technik in Sicherheitstests herausgearbeitet worden. Heraus kam hierbei, dass die Li-S-Zellen einen deutlichen Vorsprung gegenüber herkömmlichen Energiespeichern haben. Die Forscher gaben zudem zu verstehen, dass diese eine hohe Toleranz gegenüber Überladung und thermischer Beanspruchung vorweisen. Mit der Si-Anode haben ein thermisches Durchgehen der Zellen selbst oberhalb 300 °C vermieden werden können.
„In der geschickten Kombination von daten- und modellbasierten Bestimmungsmethoden für Ladung und Alterung liegt der Schlüssel für die praktische Anwendung.“ Dr. Ulrich Potthoff, Fraunhofer IVI.
Auch mit neuen, kostengünstigen und effiziente Fertigungsverfahren hat man sich im Rahmen des Projektes beschäftigt. So konnte mit einem Vakuum-Beschichtungsverfahren Silizium-Schichten mit einer speziellen Mikrostruktur im Rolle-zu-Rolle-Verfahren beidseitig auf dünnen Stromkollektorfolien aus Kupfer abgeschieden werden. Hierdurch erwiesen sich die Schichten, sowohl für Li-S-Zellen als auch für Li-Ionen-Zellen, als geeignetes Anodenmaterial mit deutlichem Steigerungspotential hinsichtlich der Volumenenergiedichte gegenüber herkömmlichen Lösungen.
Hier findest du die vollständige Presseinformation von Fraunhofer – Sichere und effektive Energiespeicher der Zukunft: Lithium-Schwefel-Technologie
Quelle: SpringerProfessional – Projekt Liscell verbessert Lithium-Schwefel-Batteriezellen
