Keine Zersetzung: Fraunhofer IWS präsentiert neue Lithium-Schwefel-Batterien

451
Dr. Holger Althues an der Beschichtungsanlage (Foto: © Foto Fraunhofer IWS Dresden)

Dresden — Lithium-Schwefel-Batterien sind die vielversprechendste Option für zukünftige Energiespeichersysteme. Neuartige Materialien wie nanostrukturierte Kohlenstoff / Schwefel-Verbundkathoden, Festelektrolyte und Legierungsanoden werden die Leistungsfähigkeit der Zelle signifikant erhöhen. Das Dresdener Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik (IWS) will seine Forschungsergebnissse auf dem 5. Workshop „Lithium-Schwefel-Batterien“ vorstellen.

Für die Weiterentwicklung der Lithium-Schwefel-(Li-S)-Batterien ist das Elektrolyt-System eine entscheidende Schlüsselkomponente. Ein am Fraunhofer IWS Dresden neu entwickelter, nicht entflammbarer Elektrolyt ermöglicht die Umwandlung des Schwefels an der Kohlenstoffoberfläche der Kathode, verringert Korrosionsvorgänge an der Lithium-Anode und erzielt infolgedessen eine erhebliche Verbesserung der Zyklenstabilität.

Hohe Ausnutzung trotz geringe Elektrolytanteile

Dr. Holger Althues, Koordinator des Batteriezentrums am IWS und Projektleiter verschiedener Forschungsprojekte, kommentiert die Forschungsergebnisse des IWS wie folgt: „In bisherigen Prototypen entfallen mindestens 40 bis 50 Prozent des Zellgewichts auf den Elektrolyt. Da dieser an den Auflösungs- und Umwandlungsreaktionen in der Kathode teilnimmt, ist die Kinetik und Vollständigkeit der Schwefelumwandlung unmittelbar vom Elektrolytanteil abhängig. Werte kleiner 3 ml Elektrolyt pro Gramm Schwefel waren mit klassischen Konzepten nicht erreichbar. Der neue Elektrolyt des IWS erlaubt eine hohe Ausnutzung des Schwefels erstmalig auch mit geringen Elektrolytanteilen von 2,7 ml pro Gramm Schwefel (< 40 Prozent Zellgewicht).“

Unerwünschte Zersetzung ausgeschlossen

Prof. Stefan Kaskel, Leiter des Geschäftsfeldes Chemische Oberflächen- und Reaktionstechnik am Fraunhofer IWS und Professor für Anorganische Chemie an der Technischen Universität Dresden ergänzt: „Zersetzungsreaktionen des Elektrolyten an der Oberfläche der Lithiumanoden sind die Hauptursache für Austrocknungs- und Degradationsvorgänge. Hoch lösliche Reaktionsprodukte führen zur beschleunigten Selbstentladung und einer geringen Ladeeffizienz. Mit dem neuen Elektrolyt des IWS bleibt die Morphologie des abgeschiedenen Lithiums über mehr als 100 Zyklen glatt und feinpartikulär. Ein durch unerwünschte Zersetzungsprozesse induziertes Aufblähen der Zellen ist mit IWS-Elektrolyt ausgeschlossen.“

Der 5. Workshop

Nach dem großen Erfolg der bisherigen Workshops „Lithium-Schwefel-Batterien“ wird das Symposium auch dieses Jahr wieder ein internationales Publikum aus Wissenschaftlern und Industriekunden zusammenbringen. Renommierte Experten präsentieren am 21. und 22. November im Internationalen Congress Center in Dresden neueste Ergebnisse zu Materialien, Verfahren und Anwendungen im Bereich der Lithium-Schwefel-Batterien. Der 5. Workshop „Lithium-Schwefel-Batterien“ bietet neben hochkarätigen Vorträgen zahlreiche Möglichkeit der Diskussion, beispielsweise im Rahmen der Ausstellung, der Postersession oder der Besichtigung der Forschungslabore im Fraunhofer IWS Dresden. Weitere Informationen zur Veranstaltung sind unter iws.fraunhofer.de zu finden.

Quelle: Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik (IWS)