Energiespeicher der Zukunft

Sichere und effektive Energiespeicher: Lithium-Schwefel-Technologie

Für die Elektromobilität verursacht der Speicher den Großteil der Gesamtkosten des Fahrzeugs bei gleichzeitig eingeschränkter Reichweite von ca. 150 km bei Voll-Elektroautos mit Lithium-Ionen-Technologie. Eine Alternative können Lithium-Schwefel-Batterien sein, bei denen zukünftig Energiedichten von bis zu 500 Wh/kg erwartet werden. Gleichzeitig wird bei dieser Technologie das teure Kathodenmaterial der Li-Ionen-Zellen durch kostengünstigen, ungiftigen und nahezu unbegrenzt verfügbaren Schwefel abgelöst.Die größte Herausforderung hierbei ist die geringe Zyklenstabilität der Zellen: Li-S-Zellen erreichen zwar bereits heute bis zu 40 % höhere Energiedichten (bis 400 Wh/kg) als die besten Li-Ionen-Zellen, können allerdings nur 50 bis 100-mal wiederaufgeladen und genutzt werden. Grund dafür sind Zersetzungsreaktionen des Elektrolyten an der Anoden-Oberfläche, die aus metallischem Lithium besteht. Das von der Fraunhofer-Gesellschaft geförderte Verbundprojekt LiScell  erforscht die Lithium-Schwefel-Technologie mit dem Ziel, eine Antwort auf diese Herausforderung zu finden. Dazu entwickelten die Wissenschaftler ein Zellkonzept auf Basis von Silizium-Legierungs-Anoden zur Substitution des metallischen Lithiums.  Am Fraunhofer IWS konnte dieses neue Anoden- und Zellkonzept in Li-S- und Li-Ionen-Prototypzellen umgesetzt und demonstriert werden.  In einem Trockenfilmverfahren lassen sich die pulverförmigen Aktivmaterialien ohne Einsatz von Lösungsmitteln in hochkapazitive Elektroden verarbeiten. Li-S-Zellen haben einen deutlichen Vorsprung gegenüber herkömmlichen Energiespeichern: Sie besitzen eine hohe Toleranz gegenüber Überladung und thermischer Beanspruchung. Mit der Si-Anode konnte ein thermisches Durchgehen der Zellen selbst oberhalb 300 °C vermieden werden.

 
Foto:  Fraunhofer FEP – Energiespeicher der Zukunft: Lithium-Schwefel-Technologie

AK
4.10.17

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