Sie gelten als neue Generation von Energiespeichern: Lithium-Schwefel-Akkus. Im Vergleich zu den derzeit gebräuchlichen Lithium-Ionen-Batterien sind sie leichter, kostengünstiger und umweltfreundlicher. Die Technik ist vielversprechend, ihre Entwicklung aber noch am Anfang. Um die Wirtschaftlichkeit der neuartigen Energiespeicherung voranzubringen, beteiligen sich Forschende des innBW-Instituts fem an einem neuen Forschungsprojekt. Ziel ist die Herstellung einer Lithium-Schwefel-Zelle mit erhöhter Sicherheit, Energiedichte, Effizienz und Zyklenfestigkeit. Dazu arbeiten die Projektpartner an der Weiterentwicklung der Lithium-Anode, der Schwefel-Kathode und dem Elektrolyt/Separator. Neben dem Forschungsinstitut fem sind die Hochschule Aalen und VARTA Microbattery Teil des vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie geförderten Verbundvorhabens.
Die Anode besteht aus einer elektrochemisch abgeschieden Lithium-Schicht, mit der der Lithiumüberschuss in der Zelle im Vergleich zum Einsatz von dünnen Lithiumfolien stark begrenzt und die Zellsicherheit verbessert werden. Zusätzlich erleichtert eine Polymerschutzschicht die Handhabung der Lithium-Elektrode und schützt die Lithium-Schicht vor unkontrollierten Reaktionen. Der Einsatz einer mikrostrukturierten Metallfolie als Substrat für die Abscheidung führt zu einer hohen spezifischen Energie der Batterie. Außerdem verbessert die größere Elektrodenoberfläche die Haftung der verschiedenen Schichten und verringert Kontaktwiderstände.
Als Separator/Elektrolyt-Kombination dient ein Separator, der mit einem Gel-Elektrolyten modifiziert und flexibel genug ist, um sich der Oberfläche der beiden Elektroden anzupassen und damit einen optimalen Kontakt zwischen Elektrolyt und Elektrode zu gewährleisten. Zudem unterbindet dieser Quasi-Festelektrolyt die unerwünschte Wanderung von Polysulfiden zur Anode – eines der Hauptprobleme der Lithium-Schwefel-Batterie. Auf diese Weise findet die für die Zellreaktion nötige Polysulfidbildung direkt an der Kathode statt, ohne dass die Polysulfide die Lithium-Anode passivieren. Dies verbessert die Zyklenfestigkeit und Lebensdauer der Zelle. Die Kathode schließlich besteht aus einer Nickel-Matrix mit schwefelbeladenen Trägerpartikeln.
Über das fem:
Das unabhängige Forschungsinstitut fem entwickelt und optimiert Werkstoffe, Schichtsysteme und Prozesse im Auftrag der Wirtschaft und für die anwendungsorientierte Grundlagenforschung im Rahmen öffentlich geförderter Projekte. Hinzu kommen Dienstleistungen, Gutachten und Beratung in der Messtechnik, von der unabhängigen Schadensanalyse bis zur prozessbegleitenden Betreuung. Das Institut wurde im Jahr 1922 von der Industrie, dem Land Württemberg und der Stadt Schwäbisch Gmünd gegründet. 2012 feierte es sein 90-jähriges Jubiläum.
