Erschwinglichere und sicherere Akkumulatoren mit einer höheren Energiedichte
Am EU-finanzierten Projekt LISSEN (Lithium sulfur superbattery exploitating nanotechnology) waren 14 Unternehmen, Forschungseinrichtungen und Universitäten beteiligt. Mit dem Ziel fortschrittliche Akkuzellen für Elektrofahrzeuge zu entwickeln, verwendete das Konsortium 3D-Geometriemodelle, um wichtige Materialeigenschaften wie bspw. Porositäten abzubilden. Die Forscher stellten fest, dass die Verwendung modifizierter organischer Lösungen und stabiler ionischer Flüssigelektrolyte die Umweltbedenken, die mit der Schwefel-Kathoden-Auflösung verbunden sind, erheblich verringern kann. Insbesondere das ionische Flüssigelektrolyt zeigte selbst nach der Hinzugabe von langkettigen Polysulfiden zur Begrenzung der Kathodenauflösung elektrochemische Stabilität. Darüber hinaus wurde festgestellt, dass die Entfernung von Lithium-Metall von der Anode die Akkumulatoren sicherer machen könnte. Die Forschungsbestrebungen von LISSEN waren allerdings darauf ausgerichtet, alle Akkubestandteile durch Metalle zu ersetzen, die eine höhere Leistung in Bezug auf die Energiedichte, Zuverlässigkeit und Sicherheit bieten. Die neu entwickelte Akkukonfiguration besteht aus einer Siliziumcarbon-Komposit-Anode und einer nanostrukturierten Lithiumsulfid-Kohlenstoff-Komposit-Kathode. Zusätzlich zu einer wesentlich höheren Energiedichte unterstützen diese Materialien einen vergleichsweise längere Lebenszyklus bei geringeren Kosten, die erzielt werden, indem Kobalt an der Kathode durch Schwefel ersetzt wird. Während der dreijährigen Laufzeit des Projekts wurden zahlreiche Fortschritte im kleinen Maßstab gemacht, indem das Akkuelektrolyt optimiert und die Anoden- und Kathodenmaterialien verbessert wurden. Im größeren Maßstab gibt es jedoch nach wie vor viel zu tun, damit der im Labor entwickelte Prototyp in Produktion gehen kann. Der im Rahmen von LISSEN entwickelte Li-Schwefel-Akkumulator ermöglicht das Fahren über große Distanzen mit einer Akkuladung, sodass praktischere und wettbewerbsfähigere Elektrofahrzeuge in Aussicht stehen. Es wird damit gerechnet, dass die Entwicklung sowohl für reine Elektrofahrzeuge als auch für Plug-in-Hybrid-Fahrzeuge genutzt werden kann. Wenn die kommerzielle Nutzung möglich ist, werden die Kosten im Vergleich zu konventionellen Li-Ionen-Batterien geringer ausfallen, da die kostenintensive kobaltbasierte Kathode durch das kostengünstige Material Schwefel ersetzt worden ist.
Schlüsselbegriffe
Akkumulatoren, Silizium, LISSEN, Lithiumschwefel, Elektrofahrzeuge
