Wiederaufladbare Lithium-Batterie mit einer Schwefel-Flow-Kathode

Energiespeicher sind die zentralen Schlüsselelemente in der heutigen Zeit, die von Energiewende, Klimaschutz und Nachhaltigkeit geprägt ist. Während die Zahl der Windkraft- und Solaranlagen weiterhin rasant ansteigt, ist die Frage nach der Speicherung der damit erzeugten Energie noch immer nicht geklärt. Mit dem 6. Energieforschungsprogramm unterstützt die Bundesregierung Unternehmen und Forschungseinrichtungen dabei, neue Technologien für die Energieversorgung von morgen zu erforschen und zu entwickeln. Im Rahmen dieser Fördermaßnahme startete im April das Verbundprojekt „S-FLOW – Wiederaufladbare Lithium-Batterie mit einer Schwefel-Flow-Kathode“.

Ziel dieses Projekts ist es, eine neuartige Lithium-Schwefel-Semi-Flow-Batterie zu entwickeln. Diese neuartige Redox-Flow-Batterie kombiniert auf gewinnbringende Weise viele Vorteile der Lithium-Schwefel- und Flow-Batterien und eliminiert zugleich einige der bekannten Nachteile beider Batteriearten. Ergebnis ist ein Batteriekonzept mit deutlich höherer Energiedichte als Polysulfid-Flow-Batterien und besserer Materialausnutzung und Zyklenfestigkeit als Li-S-Batterien.

Letzteres resultiert aus dem neuartigen Flow-Prinzip mit einem Katholyt auf Suspensionsbasis. Das gesamte Aktivmaterial ist hierbei an Trägerpartikel gebunden, welche statistisch verteilt elektrischen Kontakt zu einem Stromsammler erhalten. Die Trägerpartikel sind darüber hinaus mit Elektrokatalysatoren funktionalisiert, sodass die Elektrodenkinetik über den Effekt der stark erhöhten Elektrodenoberfläche hinaus verbessert werden kann.

Ferner wird die Lithium-Anode durch eine Schicht Lithium-leitenden Glases geschützt (aus dem Förderprojekt GLANZ FKZ 03X4623B). Sie wird von Freudenberg mit ihren Vliesstoffen kombiniert, um die Verarbeitbarkeit zu verbessern. Die Kathodenentwicklung liegt bei den Forschungspartnern (fem, HTW). Für die Anpassung des Separators und der Lithium-Anode bringen die Partner FNT und VMB den Input als Entwickler und Hersteller dieser Komponenten. Für den Aufbau des Prototyps und die Beurteilung hinsichtlich möglicher Anwendungen sind ein Batteriehersteller (VMB) und ein Anwender (VS) unter den Projektpartnern.

Die einzelnen Arbeitspakete (AP) lauten wie folgt:

AP1: Anforderungen und Zielspezifikationen (fem, FNT, HTW, VMB, VS)

AP2: Entwicklung und Charakterisierung eines Katholyten auf Suspensionsbasis (fem, HTW)

AP3: Entwicklung und Charakterisierung der Stromsammler-Oberfläche (fem, HTW)

AP4: Entwicklung und Charakterisierung eines mechanisch und chemisch stabilen Separators für Li-S-Flow-Batterien (FNT)

AP5: Erforschung einer geeigneten Lithium-Metall-Anode (VMB)

AP6: Neue Zellkonzepte zur Realisierung einer Lithium-Schwefel-Semi-Flow-Zelle (VMB, VS).

Quellen:

https://www.hs-aalen.de/de/news/1050/pdf_download (jüngster Zugriff: 07.08.2018)

https://www.enargus.de/pub/bscw.cgi/?op=enargus.eps2&v=10&q=s-flow&id=2833870 (jüngster Zugriff: 07.08.2018)