BMBF-Projekt Solis erforscht Lithium-Schwefel-Batteriekonzept

Unter Federführung des Fraunhofer-Instituts für Werkstoff- und Strahltechnik IWS aus Dresden setzen sich die Solis-Projektpartner zum Ziel, Batteriezellen mit mehreren Elektrodenlagen auf Basis der Li-S-Festkörpertechnologie zu entwickeln und anwendungsnah zu bewerten. Dank hoher Speicherkapazitäten und geringer Materialkosten des Schwefels erlaubt diese Zelltechnologie den Aufbau sehr leichter und günstiger Batterien. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) fördert das Projekt mit einer Gesamtsumme von knapp 1,8 Mio. Euro. Die Forschungsergebnisse könnten zum Beispiel Anwendungen in der elektrischen Luftfahrt ermöglichen.

Das Projekt setzt auf ein interdisziplinäres Team: Das Fraunhofer IWS koordiniert das Projekt und bringt Know-how zu Herstellungsverfahren von Elektroden und Prototypzellen ein; die Technische Universität Dresden arbeitet an den Kathoden-Kompositmaterialien und einem Elektrodendesign; Wissenschaftler der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster erforschen maßgeschneiderte Festelektrolyte und deren Transporteigenschaften; die Justus-Liebig-Universität Gießen hat Erfahrung im Charakterisieren von Grenzflächenphänomenen in Feststoffbatterien und Schunk Kohlenstofftechnik schließlich stellt Kohlenstoffadditive beziehungsweise industriell relevante Kompositmaterialien her.

Wie Schwefel leitfähiger gemacht werden soll

Neben den Verfahren zur Verarbeitung und Herstellung soll Solis auch die Nano- und Mikrostruktur der Elektroden untersuchen und optimieren. Die Herausforderung besteht darin, das Speichermaterial Schwefel mit elektrisch leifähigem Kohlenstoff und den ionenleitenden Elektrolyten in engen Kontakt zu bringen. Eine der Kernanforderungen in der Fertigung erster Prototypzellen ist die Herstellung der Zellkomponenten in ausreichender Qualität und Quantität.

Festelektrolyte stehen aktuell im Fokus der Batterieforschung und gelten als sicherere Alternative zu leicht entzündlichen Flüssigelektrolyten in Lithium-Batterien. Bisherige Forschungsergebnisse sind ermutigend: im Labormaßstab ließ sich die grundlegende Machbarkeit einer Li-S-Feststoffbatterie bereits nachweisen. Jedoch existieren bisher zu wenig Daten zu anwendungsrelevanten Prototypzellen, um die Technologie zu evaluieren.