AiF-FV-Nummer 21651

Entwicklung neuartiger Stromabnehmer auf Basis von maßgeschneiderten Kohlenstoffnanofasern zur Verbesserung der Hochstromfähigkeit und Langzeitstabilität von Lithium-Schwefel-Batterien


Status & Laufzeit

Laufend: 01.03.2021 bis 31.08.2023

Forschungsstellen

Zusammenfassung

Die Bedeutung elektrochemischer Energiespeicher für mobile und stationäre Anwendungen steigt stetig. Eine vielversprechende Alternative zu der marktbeherrschenden Lithium-Ionen-Batterie (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 die extreme Volumenänderungen des Materials beim Zellbetrieb sowie die Ausschwemmung des Aktivmaterials aus der Kathode und die dadurch verursachte starke Alterung sind wesentliche Faktoren, die eine breite Marktdurchdringung der LSB bislang verhindern. Zur deutlichen Verbesserung der elektrischen Leitfähigkeit sollen innovative, poröse, 3D-strukturierte Stromabnehmer auf Basis von Kohlenstoffnanofasern sowie Li2S-Kohlenstoff-Komposite entwickelt werden. Zudem soll die durch die Volumenausdehnung verursachte mechanische Beanspruchung durch die 3D-Struktur des Stromabnehmers kompensiert werden. Ferner werden sowohl in den Stromabnehmer als auch in die Li2S-Kohlenstoff-Komposite Metalloxide oder -sufide integriert, um der Ausschwemmung des Aktivmaterials effektiv entgegenzuwirken und so die Zyklenstabilität zu verbessern. Die entwickelten Materialien werden charakterisiert und zum Aufbau von LSB verwendet. Über elektrochemische Charakterisierung erfolgt eine Bewertung der Materialien bzgl. der Ziele des Vorhabens. Zur Demonstration der Ergebnisse ist der Aufbau einer Zelle mit Li2S-Komposit-Kathoden sowie mit CNF-Stromabnehmern mit verbesserter Hochstromfähigkeit und Zyklenstabilität geplant. Von den vorwettbewerblichen Forschungsergebnissen können KMU in vielfältigen Bereichen von der Herstellung sowie Modifizierung der CNF-Stromabnehmer, von der Herstellung des Aktivmaterials, über dessen Modifizierung und Einbringung in die Kathode bis hin zur Anwendung der Zellen profitieren.

Förderhinweis

Das Forschungsvorhaben der Forschungsvereinigung Umwelttechnik wird über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung und -entwicklung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.