Neue Separatorbeschichtungen und adaptiertes Zelldesign für zyklenstabile Lithium-Schwefel-Zellen

Das Gesamtziel dieses Vorhabens ist die Entwicklung zyklenstabiler Hochenergiebatteriezellen auf Basis der Lithium-Schwefel-(Li-S-)Chemie. Innovative Konzepte für die Zellkomponenten Separator und Kathode sowie Abstimmung der Komponenten im Gesamtzellkonzept stehen dabei im Vordergrund. Zersetzungsreaktionen an der Anode und die Auswirkung von Schutzschichten auf diese Form der Degradation werden grundlegend untersucht und bewertet. Auf Basis der Erkenntnisse und Ergebnisse werden skalierbare Prozesse zur Herstellung der Komponenten entwickelt und für den Aufbau von Prototypzellen eingesetzt.

Grundlagenforschung, Verständnis über Mechanismen in der Li-S-Batterie:

• Einfluss der Elektrolytmenge auf die Zellperformance,

• Identifizierung von Mindestmengen, Ansätze zur Reduzierung der Elektrolytmenge,

• Qualifizierung und Quantifizierung der Elektrolytdekomposition in Li-S Zellen,

• Auswirkung verschiedener Membranen auf die Stabilisierung der Anodenoberfläche.

Angewandte Forschung:

• Verbesserung der Schwefelkathoden hinsichtlich hoher Schwefelausnutzung, hoher Beladung und Funktion bei geringen Elektrolytmengen bzw. unter Druck,

• Entwicklung von Schutzschichten auf Separatoren für verbesserte Zellstabilität,

• Entwicklung skalierbarer Prozesse für die Fertigung von beschichteten Separatoren, Anoden/Separator-Verbünden und Kathoden.

Industrienahe Entwicklung:

• Herstellung eines Zellprototyps mit ionenselektiver, schützender Membran und optimiertem Zellgehäuse.

Mit den Arbeiten soll ein wesentlicher Betrag zur Entwicklung von zyklenstabilen Lithium-Schwefel-Zellen mit hoher gravimetrischer Energiedichte geleistet werden.

Durch die spezifischen Weiterentwicklungen in dem Projekt gewinnt die Fraunhofer Gesellschaft in folgenden Punkten:

• Li-S-Prototypzellen-Fertigung unter Trockenluft und formatflexibel,

• Evaluierung von Materialien und Komponenten für die Li-S-Technologie,

• Prozess und Materialentwicklung für Speicher der nächsten Generation,

• Spezial-Analytik für Speicher der nächsten Generation.