MaLiSu

MaLiSu – Nanomaterialen für Lithium-Schwefel-Batterien der Zukunft

Das Projekt MaLiSu fokussiert seinen Schwerpunkt auf die Entwicklung von zuverlässigen Lithium-Schwefel-Batterien in Energiespeichersystemen für elektromobile Anwendungen. Nanomaterialen bilden in diesem Projekt die Schlüsselkomponente, da sie der entscheidende Faktor sind, um eine hohe Aktivmaterialausnutzung und eine hohe Zyklenstabilität zu erzielen. Energiedichten von 400 Wh kg-1 werden anvisiert, dies entspricht einem Wert, der deutlich den herkömmlicher Lithium-Ionen-Batterien übersteigt.

Projektziel

Schema einer Lithium-Schwefel-Batteriezelle
© Fraunhofer IWS
Schema einer Lithium-Schwefel-Batteriezelle
Nanostrukturierte Kohlenstoffe als Trägermaterial für Schwefelkathoden
© TU Dresden
Nanostrukturierte Kohlenstoffe als Trägermaterial für Schwefelkathoden
Freistehende Kohlenstoff/Schwefel Nanokomposit-Elektoden
© Fraunhofer IWS
Freistehende Kohlenstoff/Schwefel Nanokomposit-Elektoden

Neue Batteriesysteme für Elektrofahrzeuge lassen sich nur realisieren, wenn man die hohen Anforderungen der Automobilindustrie und die Herausforderung in Bezug auf die Materialentwicklung in Betracht zieht. Energie- und Leistungsdichte, Kosten, Sicherheit und Lebensdauer bilden die entscheidenden Kriterien für die Energiespeicherentwicklung. Die Energiedichte einer Batterie bestimmt signifikant die Reichweite eines Elektroautos und eben diese erschwert zum jetzigen Zeitpunkt die generelle Substitution der kraftstoffbetriebenen Fahrzeuge.

Ein sehr vielversprechender Ansatz, um die Energiedichte der jetzigen Lithium-Ionen-Batterie deutlich zu verbessern, ist der Einsatz von Lithium-Schwefel-Batterien. Schwefel als aktives Kathodenmaterial hat eine theoretische spezifische Kapazität von 1672 mAh g-1 und ein durchschnittliches Entladungspotential von 2.2 V. Im Fall der Lithium-Ionen-Batterie wird eine Energiedichte von ca. 200 Wh kg-1 erwartet, mit der Lithium-Schwefel-Batterie hingegen können Energiedichten bis zu 600 Wh kg-1 erreicht werden. Weitere sehr exzellente Eigenschaften sind Kostensenkungen und Sicherheitsverbesserungen, da Schwefel reichlich vorhanden, kostengünstiger und weniger toxisch als herkömmliches Kathodenmaterial ist. Nichtsdestoweniger stellt das Thema Lithium-Schwefel-Chemie hinsichtlich der Entwicklung neuer Materialien eine hohe Herausforderung dar und muss in systematischen Studien entwickelt und gelöst werden.

In diesem Projekt werden genau diese Forderungen thematisiert. Ziel ist eine Lithium-Schwefel-Batterie mit entscheidend verbesserten Eigenschaften.

Daraus ergeben sich folgende Schwerpunkte:

  • Kohlenstoff-Materialien mit definierter Porenstruktur im Nanobereich als leitendes und stabilisierendes Gerüst für Schwefelkathoden
  • Polymer- und Additivelektrolyte um den sogenannten »Shuttle« Mechanismus zu unterdrücken
  • Beschichtung von Lithiumanoden um die Dendritbildung und den Elektrolytabbau zu reduzieren

Das Projekt fokussiert seine Studien neben grundlegender Erforschung von Mechanismen und Materialien auch besonders auf die Umsetzbarkeit der Entwicklungen hinsichtlich eines schnellen Ergebnistransfers in die industrielle Verwertung.

Projektpartner

Projektpartner
Projektpartner
  • Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik (IWS)
  • Technische Universität Dresden
  • SGL Carbon GmbH
  • Uppsala University
  • Varta Micro Innovation GmbH
  • Scania CV AB

Forschungsförderung

Das MaLiSu-Projekt wurde mit Mitteln des deutschen Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie (BMWi), der schwedischen Agentur für Innovationssysteme und des österreichischen Bundesministerium für Verkehr, Innovation und Technologie im Rahmen des EraNet Programms der Europäischen Kommission "Electromobility+" gefördert.

© Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi)

Projektdauer:

01.05.2012 - 30.04.2015