Projekt „SoLiS“ soll Feststoffbatterien marktreif machen

Derzeit wird an verschiedenen Batterietechnologiekonzepten emsig geforscht. Im Juli startete das Projekt „SoLiS – Entwicklung von Lithium-Schwefel Feststoffbatterien in mehrlagigen Pouchzellen“ unter Federführung des Fraunhofer- Instituts für Werkstoff- und Strahltechnik IWS aus Dresden. Das Ziel sei es, das viel versprechende Batteriekonzept aus der Grundlagenforschung in die industrielle Anwendung zu überführen. Wegen seiner hohen Speicherkapazitäten und geringen Materialkosten für Schwefel gilt es potenziell als große Hoffnung für den Bau leichter und kostengünstiger Batterien, die etwa in der elektrischen Luftfahrt eingesetzt werden könnten. Zudem gelten sie als sicherere Alternative zu den konventionellen, leicht entzündlichen Flüssigelektrolyten in Lithium-Batterien.

In den Feststoffbatterien übernehmen entweder anorganischen oder organischen Feststoffe den Transport von Lithium-Ionen zwischen der positiven und der negativen Elektrode. In Kombination mit neuen Speichermaterialien sei dies der Schlüssel zu sicheren Batteriezellen mit hoher Energiedichte, heißt es vom Fraunhofer IWS. Flüssigelektrolyte könnten hingegen zu unerwünschten Nebenreaktionen in den Lithium-Schwefel-Batterien führen, die die Lebensdauer der Zellen verkürze. Die bisherigen Lösungsansätze zum Einsatz von Festelektrolyten bezeichnete das Fraunhofer IWS als ermutigend. „Im Labormaßstab ließ sich die grundlegende Machbarkeit einer Lithium-Schwefel-Feststoffbatterie bereits nachweisen. Jedoch existieren bisher zu wenig Daten zu anwendungsrelevanten Prototypzellen, sodass es bisher noch nicht möglich ist, die Technologie zu evaluieren“, so die Dresdner Wissenschaftler.

Daher sei es das Ziel der fünf Forschungspartner im Projekt „SoLiS“, Batteriezellen mit mehreren Elektrodenlagen auf Basis der Lithium-Schwefel-Festkörpertechnologie zu entwickeln und anwendungsnah zu bewerten. Dabei gehe es um eine ganzheitliche Untersuchung und Optimierung der Nano- und Mikrostruktur der Elektroden. Die Herausforderung sei, das Speichermaterial Schwefel mit elektrisch leifähigem Kohlenstoff und den ionenleitenden Elektrolyten in engen Kontakt zu bringen. Für die Fertigung der ersten Protozelltypen müssten die Komponenten in ausreichender Qualität und Quantität hergestellt werden.

Die Entwicklung der Materialien und Prozesse erfolgt bei „SoLiS“ interdisziplinär. Neben des Fraunhofer IWS, das seine Kompetenzen zu Verfahren zur Herstellung von Elektroden und Prototypzellen einbringt ist so die TU Dresden für die Kathoden-Kompositmaterialien und ein geeignetes Elektrodendesign zuständig. Wissenschaftler der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster erforschen derweil maßgeschneiderte Festelektrolyte und deren Transporteigenschaften für den neuen Batterietyp. Die Justus-Liebig-Universität Gießen soll bei „SoLiS“ ihre Erfahrung und Kompetenz zur Charakterisierung von Grenzflächenphänomenen in Feststoffbatterien einbringen, während die Schunk Kohlenstofftechnik GmbH die Herstellung von Kohlenstoffadditiven und industriell relevanten Kompositmaterialien übernehme. Die fünf Projektpartner erhalten vom Bundesforschungsministerium eine Förderung von insgesamt knapp 1,8 Millionen Euro.