Maßgeschneiderte Lithium-Metall-Anoden für zukünftige Batteriesysteme

Das Vorhaben MaLiBa hat das Ziel, Verfahren zur Erzeugung dünner und sicherer Lithiummetall-Anoden für Lithium-Schwefel-Zellen mit hoher volumetrischer Energiedichte zu entwickeln. Das Teilvorhaben des Fraunhofer IWS trägt Arbeitsaufgaben in allen Arbeitspaketen des Gesamtvorhaben bei. Dies mündet in folgenden Zielen des IWS:

• Entwicklung dünner lithiophiler Grenzflächen auf Nickelsubstraten in effizienten Verfahren,

• Entwicklung eines Verfahrens zur Erzeugung von Lithiumschichten <25 µm auf lithiophil ausgestatten Nickelfolien durch Schmelzabscheidung,

• Entwicklung von Verfahren zur Abscheidung von Schutzschichten auf der frisch hergestellten Lithiumoberfläche,

• Entwicklung volumetrisch optimierter Li-S-Zellen mit Energiedichten von 500 Wh/L.

Die Arbeitsschwerpunkte des IWS liegen in der Entwicklung von Verfahren zur Erzeugung dünner Lithiumschichten auf Nickelfolie des Projektpartners hpulcas für den gezielten Einsatz in Lithium-Schwefel-Zellen.

Demnach werden Fragestellungen zur Erzeugung von Vermittlerschichten auf Nickelfolie sowie der Schichtbildung von Lithiummetall mittels Schmelzabscheidung näher beleuchtet. Oberflächenfunktionalisierungen zur Stabilisierung der Lithiumschichten werden gemeinsam mit Projektpartner JLU Gießen entwickelt. Komponenten für volumetrisch optimierte Lithium-Schwefel-Zellen werden ausgelegt und hergestellt und zu Lithium-Schwefel-Zellen verbaut.

Die Funktionalität des dünnen Lithiums sowie der Schutzschichten wird in Prototypzellen bewertet. Letztere werden zudem dem Projektpartner SGS für Sicherheitstests zur Verfügung gestellt.

Die im Projekt MaLiBa gewonnenen Ergebnisse sind nicht nur für Lithium-Schwefel-Zellen sondern auch für weitere zukünftige Zellkonzepte, wie Festkörperbatterien, Lithium-Ionen-Batterien mit metallischer Anode sowie Lithium-Luft-Batterien, relevant. Auf diese Weise liefert das Projekt Grundlagen für eine Vielzahl von Beiträgen zur aktuellen Batterieforschung in Deutschland.

Einige für eine Kommerzialisierung der zukünftigen Batteriesysteme erforderlichen technologischen Fragestellungen werden im Projekt adressiert und können im Anschluss an das Projekt mit Zellherstellern unter produktionstechnischen Aspekten weiterentwickelt werden.