SoLi2S

Motivation

Lithium-Schwefel-Batterien (Li-S) besitzen aufgrund ihrer hohen spezifischen Energie und geringen Materialkosten ein großes Potenzial als Energiespeicher der Zukunft. Für eine erfolgreiche Kommerzialisierung müssen jedoch Lebensdauer und Leistungsfähigkeit deutlich verbessert werden. Ergebnisse aus dem BMBF-Projekt SoLiS zeigen, dass sulfidische Festelektrolyte gegenüber flüssigen Elektrolyten erhebliche Vorteile bieten und als »Game-Changer« für Lithium-Schwefel-Feststoffbatterien (Li-S-SSB) mit projizierten Energiedichten auf Prototypzellniveau von über 500 Wh/kg gelten können. Zu den wesentlichen Vorteilen zählen die vollständige Unterbindung der Polysulfidbildung, eine nahezu vollständige Aktivmaterialnutzung, ein geringer Elektrolytanteil, skalierbare Trockenbeschichtungsverfahren sowie eine hohe Zyklenstabilität. Nationale und internationale Forschungsergebnisse der letzten Jahre verdeutlichen das große Innovations- und Anwendungspotenzial dieser Technologie und bilden die Grundlage für das Vorhaben SoLi²S.

Ziele und Vorgehen

Ziel des Vorhabens SoLi²S ist die Entwicklung einer neuen Generation von Lithium-Schwefel-Feststoffbatteriezellen mit hoher Energie- und Leistungsdichte. Angestrebt werden eine spezifische Energie von über 500 Wh/kg, Entladeraten von mehr als 1C sowie eine Lebensdauer von über 200 Zyklen in mehrlagigen Pouchzellen auf Technologiereifegrad TRL 5–6. Das Projekt baut konsequent auf den Ergebnissen des Vorgängerprojekts SoLiS auf und verfolgt einen interdisziplinären Ansatz mit Partnern aus Wissenschaft, angewandter Forschung und Industrie.

Die Umsetzung erfolgt entlang von drei zentralen Teilzielen:

1. Materialinnovationen zur Steigerung der Leistungsfähigkeit
2. Entwicklung von Komponenten und Zellen
3. Aufskalierung, Produktionskonzept und Technologiebewertung

Darüber hinaus sollen eine F&E-Plattform bis TRL 6 aufgebaut, Konzepte für den Transfer in Pilot- und Produktionsumgebungen entwickelt sowie ein umfassendes Patentportfolio geschaffen werden, um die wirtschaftliche Verwertung der Technologie vorzubereiten.

Innovation und Perspektiven

Die Lithium-Schwefel-Feststoffbatterie bietet für das Fraunhofer IWS und die Fraunhofer FFB ein erhebliches Innovations- und Verwertungspotenzial. Da die zugrunde liegenden Erkenntnisse erst in den vergangenen Jahren entstanden sind und sich das Forschungsfeld dynamisch entwickelt, eröffnet SoLi²S die Möglichkeit, wissenschaftlich und technologisch neue Maßstäbe zu setzen. Neben dem Aufbau von Know-how und der Ausbildung von Fachkräften soll insbesondere eine starke Patentbasis für die industrielle Verwertung in Deutschland geschaffen werden.

Durch Benchmarking mit anwendungsnahen Lastprofilen werden potenzielle Einsatzfelder der Technologie identifiziert. Die Einbindung eines Industriebeirats sowie die Entwicklung einer Kommerzialisierungs-Roadmap bereiten den Technologietransfer frühzeitig vor. Kurzfristig ist die Überführung der Ergebnisse auf Forschungsproduktionslinien vorgesehen, verbunden mit einer weiteren Skalierung von Materialien und Prozessen. Mittelfristig sollen Kleinserien von Lithium-Schwefel-Feststoffzellen produziert und umfassend getestet werden. Durch die enge Zusammenarbeit mit Industriepartnern entlang der gesamten Wertschöpfungskette sowie eine klare Patent- und Verwertungsstrategie soll ein nachhaltiger technologischer Vorsprung für die Produktion neuartiger Li-S-Batteriezellen in Deutschland und Europa geschaffen werden.