Lithium-Schwefel-Batterien (LSB) sollen Lithium-Ionen-Batterien ablösen
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Weltweit arbeiten Forscher mit Hochdruck daran, die immer teurer werdenden Rohstoffe für die Herstellung von Batterien für Elektrofahrzeuge durch andere, leicht verfügbaren Materialen zu ersetzen. Mitarbeiter des MEET Batterieforschungszentrums der Westfälischen Wilhelms-Universität (WWU) Münster starten nun ein neues Forschungsprojekt mit dem Ziel, Schwefel als Kathodenmaterial einsetzen zu können. Schwefel bietet eine hohe Kapazität, niedrige Rohstoffkosten und einen geringen ökologischen Fußabdruck. Zudem sind die Rohstoffreserven weltweit verteilt.
Das soeben gestartete Verbundprojekt „AReLiS-2“ zielt auf die Entwicklung der nächsten Generation von Lithium-hältigen Batterien, die sogenannten „Lithium-Schwefel-Batterien“ (LSB) ab. Als Kathodenmaterial ist Schwefel schon länger im Gespräch, einer praktischen Anwendung stand bisher aber die rasante Alterung der Batteriezellen im Wege: bereits nach wenigen Lade- und Entladezyklen sinkt die Kapazität der LSB, da sich durch die Auflösung von Polysulfiden (PS) im Elektrolyten Schwefelspezies irreversibel auf der Anode ablagert. Deshalb fokussiert das Forschungsprojekt auch Elektrolyte mit geringer PS-Löslichkeit. Weitere Ansätze zur Verbesserung der Lebensdauer von LSB, wie die Einkapselung von Schwefelspezies in Kohlenstoffporen, der Austausch von Schwefel durch Metallsulfide oder die Verwendung von Polymer- und Festkörperelektrolyten werden ebenfalls untersucht. Die grundlegenden Prinzipien dieser Ansätze wurden bereits im Vorgängerprojekt „AReLiS-1“ festgelegt, welches sich stark auf die Reaktionen der Kathoden mit flüssigen Elektrolyten konzentrierte.
In der Verwendung von reinen Polymer-, Festkörper- oder Hybridelektrolyten liegt ein hohes Potential für die Langzeitstabilität der LSB, um die Polysulfid-Auflösung weiter zu reduzieren. „Das Konsortium bringt weitreichende Erfahrungen aus den Bereichen der Materialwissenschaft, der Zellherstellung sowie der instrumentellen chemischen Analytik zusammen„, betont Projektmanager Dr. Simon Wiemers-Meyer, stellvertretender Leiter des Forschungsbereichs „Analytik & Umwelt“ am MEET Batterieforschungszentrum. Bis März 2023 arbeitet das MEET-Team mit Wissenschaftlern des Forschungszentrums Jülich, der Technischen Universität Dresden und dem Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahlungstechnik Dresden zusammen. Ausländische Expertise liefern japanische Forscher der Waseda University, des National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST) sowie der Tohoku University. Die Bundesrepublik fördert das Projekt mit rund 776.700 Euro, bereitgestellt vom Bundesministeriums für Bildung und Forschung.
Das MEET Batterieforschungszentrum verfolgt einen ganzheitlichen Forschungsansatz zur Optimierung der Batteriezelle für den Einsatz in der Elektromobilität und in stationären Energiespeicher-Systemen. Dieser umfasst die umfassende Analytik, neue und weiterentwickelte Materialien, Forschungsfertigung und Recycling von Batteriezellen. Die Arbeit ist geprägt durch einen engen interdisziplinären Austausch und ein starkes Kooperationsnetzwerk aus Wissenschaft und Praxis in Deutschland, Europa und weltweit.
Quelle: uni-muenster.de – Batterieforscher untersuchen Vorteile von schwefelhaltigen Kathoden
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