Leichtes Lithium-Metall-Schwefel-Batteriesystem auf Basis strukturierter Hybrid-Elektroden-Konzepte für Anwendungen in der Luftfahrt

Das Verbundvorhaben LiMeS beschäftigt sich mit der Entwicklung einer leichten Lithium-Schwefel-Batterie für den Einsatz in der Luftfahrt. Dafür werden von den Verbundpartnern grundlegende Fragestellungen hinsichtlich der Lithium-Metall-Anode, der Schwefel-Kathode, des Elektrolytsystems und der Systemkonzeption betrachtet.

Das Verbundprojekt beschäftigt sich mit einer ganzheitlichen Betrachtung von Lithium-Schwefel-Batterien. So werden Anode, Kathode, Elektrolyt sowie das Gesamtsystem untersucht.

Für die Herstellung von sehr dünnen Lithium-Schichten auf (strukturierten) Substraten soll eine kontinuierliche, galvanische Abscheidung entwickelt und aufgebaut werden. Die Abscheidung von Lithium in beliebigen Schichtdicken ermöglicht eine genaue Balancierung der Anode hinsichtlich der Kapazität der eingesetzten Kathode. Damit werden Gewicht und Kosten eingespart und das Sicherheitsrisiko minimiert.

Dem gegenüber soll eine hochleistungsfähige Schwefel-Kathode entwickelt werden, welche vor allem durch eine angepasste Struktur hohe Ströme tolerieren und somit den Einsatz in der Luftfahrt ermöglichen soll. Durch den Einsatz komplexer Kohlenstoff-Schwefel-Strukturen werden technologische Herausforderungen überwunden. Gleichzeitig wird prozesstechnisch validiert, ob die gewählte Verfahrensroute wirtschaftlich aussichtsreich ist.

Das Elektrolytsystem spielt in der betrachteten Batterie hinsichtlich des Lithium-Metalls und des Schwefels eine entscheidende Rolle. So werden Konzepte mit flüssigen und festen Elektrolyten untersucht, um für die Anwendung das beste (Hybrid-)System herstellen zu können. Feste Elektrolytschichten auf dem Lithium in Kombination mit flüssigem Elektrolyt in der Kathodenschicht ermöglichen gänzlich neue Strukturkonzepte der Zelle, so entsteht ein gravimetrisch signifikanter Vorteil.

Ergänzt wird das Vorhaben durch die Betrachtung der Komponenten auf Systemebene, wodurch eine direkte Beurteilung der Auswirkung der Komponentenentwicklung auf die Systemleistungseigenschaften ermöglicht wird. Anhand von realen Systemen werden ermittelte Leistungsdaten mit modellierten abgeglichen, um für das Metall-Schwefel-System valide Voraussagen für den späteren Betrieb treffen zu können.

Durch die enge Zusammenarbeit mit den industriellen Partnern werden die anvisierten Entwicklungen stark gefördert. Deren Innovationskraft und wirtschaftliche Motivation wird die Entwicklungsrichtung der Forschungseinrichtungen klar definieren. Mit der Koordination durch Airbus können die Anforderungen an die Batterie eindeutig benannt und angepasst werden. Damit kann zum Abschluss des Projektes eine valide technologische Bilanz gezogen werden, mit welcher die Ergebnisse des Vorhabens bewertet und aussichtsreiche Pfade weitergeführt werden können. Damit wird das Projekt LiMeS einen wesentlichen Beitrag für die Qualifizierung von Batterietechnologien und deren Einsatz in der Luftfahrt leisten.