Forschung Hoffnung auf Feststoffbatterien wächst

Redakteur: Peter Königsreuther

Ein im Juli gestartetes Projekt will eine Alternative zu Lithium-Ionen-Akkus schaffen. Wer dahinter steht und warum viele Hoffnungen in Feststoffbatterien setzen.

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Fünf Expertenteams forschen am industriellen Durchbruch von Lithium-Schwefel-Feststoffbatterien.
Fünf Expertenteams forschen am industriellen Durchbruch von Lithium-Schwefel-Feststoffbatterien.
(Bild: Fraunhofer-IWS)

Festelektrolyte stehen aktuell im Fokus der Batterieforschung. Aufgrund der hohen Speicherkapazitäten und der geringen Materialkosten, die Schwefel mit sich bringt, ermöglicht diese Art der Zelltechnik potenziell den Aufbau sehr leichter und günstiger Batterien.

Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) fördert nun insgesamt fünf Partner aus Wissenschaft und Wirtschaft mit knapp 1,8 Millionen Euro.

Feststoffbatterien könnten etwa im Flugverkehr zum Einsatz kommen. Denn sie gelten als gefahrlosere Alternative zu den derzeit hauptsächlich genutzten Lithium-Ionen-Batterien. In den Festoffkörpern gibt es keine leicht entzündlichen Flüssigelektrolyte. Stattdessen übernehmen entweder anorganische oder organische Feststoffe den Transport von Lithium-Ionen zwischen der positiven und der negativen Elektrode.

Bisherige Forschungsergebnisse wecken Hoffnungen. Im Labormaßstab konnten Forscher bereits nachweisen, dass eine solche Feststoffbatterie im Bereich des Möglichen liegt. Allerdings existierten bisher nicht genügend Daten zu praxisrelevanten Prototypzellen. Deswegen konnte die Technologie noch nicht evaluiert werden.

Ein Quintett aus Spezialisten treibt Feststoffzelle voran

Die geförderten Projektpartner setzen sich nun zum Ziel, die besagten Batteriezellen mit mehreren Elektrodenlagen auf Basis der Li-S-Festkörpertechnologie zu entwickeln. Anschließend soll sie anwendungsnah zu bewertet werden. Außer den Verfahren zur Verarbeitung und Herstellung soll auch die Nano- und Mikrostruktur der Elektroden komplett untersucht und optimiert werden.

Die Herausforderung bestehe darin, das Speichermaterial Schwefel mit elektrisch leitfähigem Kohlenstoff und den ionenleitenden Elektrolyten in engen Kontakt zu bringen. Eine der Kernanforderungen in der Fertigung erster Prototypzellen ist es, die beteiligten Zellkomponenten in ausreichender Qualität und Quantität zu erzeugen. Das Forschungsteam setzt sich dafür wie folgt zusammen:

  • Das Fraunhofer-IWS übernimmt die Projektkoordination und bringt das Know-how zur Herstellung von Elektroden und Prototypzellen in das Projekt ein;
  • Die Technische Universität Dresden arbeitet an den Kathoden-Komposit-Materialien und an einem geeigneten Elektrodendesign;
  • Wissenschaftler der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster erforschen maßgeschneiderte Festelektrolyte und deren Transporteigenschaften;
  • Die Justus-Liebig-Universität Gießen bringt ihre Kompetenz zur Charakterisierung von Grenzflächenphänomenen in Feststoffbatterien mit ein;
  • Die Schunk Kohlenstofftechnik GmbH übernimmt die Herstellung von Kohlenstoffadditiven respektive von industriell relevanten Kompositmaterialien.

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