Feststoffbatterie bald industriell herstellbar?

Das im Juli 2021 gestartete Forschungsprojekt «Solis – Entwicklung von Lithium-Schwefel Feststoffbatterien in mehrlagigen Pouchzellen» zielt darauf ab, ein vielversprechendes Batteriekonzept aus der Grundlagenforschung in die industrielle Anwendung zu überführen. Dank hoher Speicherkapazitäten und geringer Materialkosten des Schwefels ermöglicht diese Zelltechnologie potenziell den Aufbau sehr leichter und kostengünstiger Batterien. Unter Federführung des Fraunhofer-Instituts für Werkstoff- und Strahltechnik IWS aus Dresden fördert das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) fünf Partner aus Wissenschaft und Wirtschaft mit einer Gesamtsumme von knapp 1,8 Mio. Euro. Die Forschungsergebnisse könnten zum Beispiel Anwendungen in der elektrischen Luftfahrt ermöglichen.

Festelektrolyte stehen aktuell im Fokus der Batterieforschung und gelten als sicherere Alternative zu den konventionellen, leicht entzündlichen Flüssigelektrolyten in Lithium-Batterien. In der sogenannten Feststoffbatterie übernehmen diese entweder anorganischen oder organischen Feststoffe den Transport von Lithium-Ionen zwischen der positiven und der negativen Elektrode. In Kombination mit neuen Speichermaterialien sind sie somit der Schlüssel zu sicheren Batteriezellen mit hoher Energiedichte. Denn Flüssigelektrolyte führen in Lithium-Schwefel-Batterien zu unerwünschten Nebenreaktionen, die eine geringe Lebensdauer der Zellen zu Folge haben. Daher stellt der Einsatz von Festelektrolyten einen vielversprechenden Lösungsansatz dar.

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, sodass es bisher noch nicht möglich war, die Technologie zu evaluieren.

Die Solis-Projektpartner setzen sich zum Ziel, Batteriezellen mit mehreren Elektrodenlagen auf Basis der Li-S-Festkörpertechnologie zu entwickeln und anwendungsnah zu bewerten. Neben den Verfahren zur Verarbeitung und Herstellung soll auch die Nano- und Mikrostruktur der Elektroden untersucht und optimiert werden. Die Herausforderung besteht darin, den Schwefel mit elektrisch leifähigem Kohlenstoff und den ionenleitenden Elektrolyten in engen Kontakt zu bringen.