Optimierung von Magnesium-Schwefel-Batterien durch innovative Materialentwicklung

Ziel dieses Verbundprojektes ist die Verbesserung der Energiespeicherfähigkeit und Zyklenstabilität von Magnesium-Schwefel-Batterien und die Realisierung einer Industrie-kompatiblen Batteriezelle. Dazu ist es erforderlich, materialwissenschaftliche Studien durchzuführen, um die Leistungsfähigkeit einer im Projekt MagS (03XP0032C) bereits erfolgreich demonstrierten ersten Vollzelle durch den Einsatz von neuen Materialien weiter zu verbessern. Experimentelle Untersuchungen und theoretische Studien sollen wichtige Erkenntnisse zum Mechanismus der kaum untersuchten Magnesium-Schwefel-Reaktion liefern und Wechselwirkungen der beteiligten Materialien und deren Alterungsverhalten klären. Hierzu werden durch El-Cell neue In-situ-Messzellen zur spektroskopischen Untersuchung der Reaktion entwickelt.

In dem Projekt ist auch die Weiterentwicklung der Pouchzellen mit der Magnesium-Schwefel-Technologie angestrebt. Insbesondere die enge Zusammenarbeit zwischen den Forschungseinrichtungen (ISIT, DLR, KIT, IOPC und DITF) und den Anwendern aus der Industrie (Custom Cells, Schaeffler, El-Cell, IoLiTec) liefert hierbei wichtige Erkenntnisse. So können die Pouchzellen direkt in sehr anwendungsnahen Lastenprofilen getestet werden und zusammen mit Langzeittests die Beurteilung des Langzeitverhaltens und Bestimmung der Degradationsmechanismen und Degradationsraten nach definierten Abbruchkriterien erfolgen. Das Projekt MagSiMal deckt durch die Zusammensetzung des Konsortiums alle Aspekte der Magnesium-Schwefel-Batteriezelle ab und ermöglicht so die zielgerichtete Erhöhung des Technologielevels und auch eine zielgerichtete Kommerzialisierung einzelner Komponenten oder auch ganzer Batteriezellen.

Es ist erforderlich, materialwissenschaftliche Studien durchzuführen, um die Leistungsfähigkeit einer im Projekt MagS (03XP0032C) bereits erfolgreich demonstrierten ersten Vollzelle durch den Einsatz von neuen Materialien weiter zu verbessern. Experimentelle Untersuchungen und theoretische Studien sollen wichtige Erkenntnisse zum Mechanismus der kaum untersuchten Magnesium-Schwefel-Reaktion liefern und Wechselwirkungen der beteiligten Materialien und deren Alterungsverhalten klären. Hierzu werden durch El-Cell neue In-situ-Messzellen zur spektroskopischen Untersuchung der Reaktion entwickelt.

Die hier gewonnen Erkenntnisse werden in die Weiterentwicklung von Pouchzellen unter Verwendung neuer Batteriematerialen einfließen. Als Endzielgröße wurde ein spezifiziertes VDA-Format (BEV1) mit einer Dimension von 99,7 x 301,05 x X mm (DIN 91252) ausgewählt. Die Zellen werden nach anwenderspezifischen Vorgaben getestet und von Industriepartnern in MagSiMal bewertet.

Bereits Teilergebnisse des Projekts haben direkte Auswirkungen auf die industrielle Entwicklung wettbewerbsfähiger Zellen und Systeme, da mit Hilfe intrinsisch sicherer Komponenten (Mg) und einem umfassenderen Verständnis der Grenzflächenreaktionen sowohl die Zellen selbst als auch die Zellintegration in Batteriesysteme und deren Betriebsstrategien optimiert werden können. Damit leistet das Vorhaben einen wichtigen Beitrag zur nachhaltigen Verbesserung der Wettbewerbsfähigkeit des Wirtschaftsstandortes Deutschland entlang der Wertschöpfungskette „Materialien – Komponenten –System – Anwender“ und folglich zur Schaffung und Sicherung von Arbeitsplätzen in Forschung, Entwicklung und Fertigung von Zellen und kompletten Systemen.