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Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH

Abteilung Kommunikation

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Bundesministerium für Bildung und Forschung

Bundesministerium für Bildung und Forschung
Referat 511: Neue Werkstoffe, Nanotechnologie; KIT

Bundesministerium für Bildung und Forschung
Referat 523: Werkstoffinnovationen, Batterie; Hereon, KIT

Bundesministerium für Bildung und Forschung
Referat 525: Batterieforschung; KIT

Bundesministerium für ­Forschung, Technologie und Raumfahrt
Referat 525: Batterieforschung; KIT

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Referat T15: Batterieforschung; KIT

Bundesministerium für­ Forschung, Technologie und Raumfahrt Referat T15: Batterieforschung; KIT

Bundesministerium für­ Forschung, Technologie und Raumfahrt

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Herr Dr. Ulrich Ehmes

Die Ziele des Verbundprojektes können folgendermaßen zusammengefasst werden:

1. Entwicklung von Hochenergie-Li-S-Batterien durch Kombination einer Lithium-Metall-Host-Anode mit einer kristallinen Schwefelkathode, um >500 Wh/kg auf Pouch-Cell-Niveau zu erreichen.

2. Senkung der Produktionskosten auf ~40 €/kWh durch die Verwendung von reichlich vorhandenem, kostengünstigem Schwefel anstelle von Kathodenmaterialien auf Nickel- oder Kobaltbasis.

3. Reduzierung des Kohlenstoffdioxid-Fußabdrucks um bis zu 70 % durch den Ersatz von hochtemperatur- und energieintensiven Fertigungsverfahren durch laserbasierte und Niedertemperatur-Verarbeitungsmethoden.

4. Überwindung der wichtigsten Herausforderungen bei Li-S-Batterien wie Polysulfid-Shuttling, Schwefelvolumenänderungen und Lithiumdendritenbildung durch fortschrittliche Werkstofftechnik und Operando-Analytik.

5. Ermöglichung einer nachhaltigen Kreislaufwirtschaft durch die Entwicklung neuer Recyclingverfahren für Schwefel und Lithium und die Wiedereingliederung der zurückgewonnenen Materialien in die Elektrodenproduktion.

Diese Ziele sollen folgendermaßen erreicht werden:

1. Entwicklung und Optimierung beider Elektroden – der Lithium-Metall-Host-Anode und der kristallinen Schwefelkathode – einschließlich Skalierung, Lösungsmittelauswahl, Graphenoxidbeschichtungen und volumetrischen Vorausdehnungsmethoden.

2. Weiterentwicklung des Zelldesigns und der Produktion, Übergang von Knopfzellen zu mehrschichtigen Beutelzellen unter Berücksichtigung einer hohen Energiedichte, verbesserter Lebensdauer und optimierter Elektrolyte.

3. Implementierung laserbasierter Fertigungstechnologien, einschließlich der Entwicklung von UV-Lasern für die Schwefelverarbeitung, Vernetzung und Kathodenstabilisierung.

4. Entwicklung von Recycling- und Kreislaufwirtschaftskonzepten mit Schwerpunkt auf der Rückgewinnung von Lithium und Schwefel, lösungsmittelbasierten Trennverfahren und der Wiedereingliederung von zurückgewonnenen Materialien in neue Elektroden.

Es wird geplant die Ergebnisse des Projektes folgendermaßen zu Nutzen:

1. Zukünftige Lieferung von leistungsstarken Li-S-Zellen: Herstellung und Lieferung von Lithium-Schwefel-Beutelzellen für die Luft- und Raumfahrt, die Automobilindustrie, tragbare Geräte und stationäre Speicher, wodurch leichtere Systeme mit höherer Energie für Drohnen, eVTOLs und spezielle EV-Segmente ermöglicht werden. 

2. Kommerzielle Skalierung und Lizenzierung: Skalierung der Produktion innerhalb Deutschlands (Roadmap umfasst eine geplante 1,0-GWh-Anlage) und Lizenzierung der Technologie an qualifizierte Batteriehersteller und Systemintegratoren.

3. Kosten- und Emissionssenkung: Ersatz teurer NMC-Kathoden durch reichlich vorhandenen Schwefel, um die Materialkosten und den CO₂-Fußabdruck drastisch zu reduzieren – mit dem Ziel von Zellkosten unter ~40 €/kWh und deutlich niedrigeren Kathodenmaterialkosten.

4. Kreislaufwirtschaft und Materialrecycling: Validierung von geschlossenen Rückgewinnungswegen (Recycling von zurückgewonnenem Schwefel in die Synthese) durch Recycling-Tests mit Partnern, um die Lebenszyklusemissionen und die Abhängigkeit von Rohstoffen zu minimieren. 

5. Wissenstransfer und Personalentwicklung: Nutzung der Projektergebnisse zur Ausbildung von Fachpersonal, zur Weiterentwicklung des TRL (auf ~5 bis zum Projektende) und zur Ermöglichung von Folgeforschungs- und Industrialisierungsmeilensteinen (kleine Beutelzellen bis 2028; später Industrialisierung im mittleren/großen Format).

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Entwicklung umweltfreundlicher und kostengünstiger Lithium-Schwefel-Batterien für eine nachhaltige Energiewende

Herr Dr. Viney Ghai

theion GmbH

Das Ziel des Projekts ist die Entwicklung einer neuartigen kristallinen Schwefelkathode im Pouch-Format (50 mm x 70 mm) sowie die geometrische Skalierung der von theion entwickelten Lithium-Metall-Host-Anode (LMHA). Dieser Ansatz hat das Potenzial, eine leistungsfähige und nachhaltige Alternative zu aktuellen Lithium-Ionen-Batterien (SoA) zu werden, indem die Energiedichte auf 500 Wh/kg gesteigert wird. Dies würde sowohl in der Produktion als auch in der Anwendung signifikante Einsparungen bei Kosten und Emissionen ermöglichen.

theion's Verwertungsplan zielt auf die Produktion von Batteriezellen und Belieferung relevanter Industrien ab, insbesondere die Luftfahrt- und Automobilindustrie, aber auch Industrien für portable Anwendungen und stationäre Energiespeicherung. Neben der Produktion von Batteriezellen ist auch eine Lizenzierung der Technologie möglich. Die Ergebnisse des Forschungsprojekts zu Lithium-Schwefel-Batteriezellen bieten zahlreiche Verwertungsmöglichkeiten in verschiedenen Industrien, insbesondere aufgrund des geringen Gewichts der Batteriezellen und der günstigen Materialpreise.

Quelle: theion GmbH (05.12.2025)

Development of cell components for a next generation multilayer LiS pouch cell.

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Arbeitseinheit NMT: Neue Materialien und Chemie

Projektträger Jülich Arbeitseinheit NMT: Neue Materialien und Chemie

Projektträger Jülich

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[verbundprojekt]

[Verbundprojekt]

Herr Dr. Sebastian Risse

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Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e. V.

Wissenschaftskommunikation

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Fraunhofer-Institut für Siliziumtechnologie ISIT

Presse- und Öffentlichkeitsarbeit

Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e. V. Fraunhofer-Institut für Siliziumtechnologie ISIT

Duration	01/07/2025 - 30/06/2028
Executing unit	HZB
City	Berlin
Amount of funding	650.733,00 €
Total budget	650.733,00 €
Sponsor	BMFTR

Project

LiSSy

Entwicklung umweltfreundlicher und kostengünstiger Lithium-Schwefel-Batterien für eine nachhaltige Energiewende

Project management as

Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH

Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH

Funding

This project is part of the joint project

LiSSy

Other sub-projects of the joint project

Sub-project 1

Duration:

Funding code:

theion GmbH

Sub-project 3

Duration:

Funding code:

Fraunhofer-Institut für Siliziumtechnologie ISIT

Sub-project 4

Duration:

Funding code:

QuanteQ GmbH

This project is part of the funding initiative

Sub-project lead

Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH

Sub-project manager

Press contact

Joint-project management

theion GmbH

Joint-project coordinator

Alternative contact

Press contact