AiF-FV-Nummer 21006

Entwicklung innovativer Li2S-Kompositmaterialien zur Steigerung der Hochstromfähigkeit und Lebensdauer von Lithium-Schwefel-Batterien (ILISKO)


Status & Laufzeit

Ausstehend

Forschungsstellen

Zusammenfassung

Die Bedeutung elektrochemischer Energiespeicher für mobile und stationäre Anwendungen (Elektromobilität, Speicherung regenerativ gewonnener Energie) steigt stetig. Eine vielversprechende Alternative zu den bisher häufig genutzten Lithium-Ionen-Batterien (LIB) sind Lithium-Schwefel-Batterien (LSB). LSB weisen gegenüber LIB eine dreifach höhere Energiedichte auf und in der Kathode wird auf toxische und teure Metalloxide verzichtet. Die begrenzte elektrische Leitfähigkeit des Kathodenmaterials und die darauf zurückzuführende geringe Hochstromfähigkeit sowie extreme Volumenänderungen des Materials beim Laden und Entladen und die dadurch verursachte starke Alterung sind wesentliche Faktoren, die eine breite Marktdurchdringung der LSB bislang verhindern. Zur deutlichen Verbesserung der elektrochemischen Eigenschaften von LSB sollen in diesem Vorhaben Li2S-Komposite mit Graphit und Polymerummantelung entwickelt werden. Da kommerziell verfügbares Li2S keine optimalen Eigenschaften aufweist, ist die Synthese von Li2S mit gezielt eingestellter Partikelgrößenverteilung Teil des Vorhabens. Die Umhüllung der Li2S-Partikel mit Kohlenstoff erfolgt über zwei Routen: einerseits soll Li2S per Magnetronsputtern mit einer Nanographithülle versehen werden. Alternativ erfolgt eine kovalente Anbindung von im Plasma funktionalisierten CNT an das Li2S. Die entwickelten Materialien werden charakterisiert und zum Aufbau von Kathoden für LSB verwendet. Über elektrochemische Charakterisierung erfolgt eine Bewertung der Materialien hinsichtlich der Ziele des Vorhabens. Zur Demonstration der Ergebnisse ist der Aufbau einer Zelle mit Li2S-Komposit-Kathoden mit signifikant verbesserter Hochstromfähigkeit und Lebensdauer geplant. Von den vorwettbewerblichen Forschungsergebnissen können KMU in vielfältigen Bereichen von der Herstellung des Aktivmaterials, über dessen Modifizierung und Einbringung in die Kathode bis hin zur Anwendung der Zellen profitieren.