Nanomaterials for future generation Lithium-Sulphur batteries

Elektromobilität verspricht ein großes Potential, aber weitere Innovationen sind nötig, um die Nachteile der Elektrofahrzeuge gegenüber Verbrennungsmotor betriebenen Fahrzeugen auszugleichen. Limitierend wirken sich vor allem die Kosten und die Energiedichte der Batterie aus. Letztere begrenzt im Wesentlichen die rein elektrische Reichweite der Elektrofahrzeuge. Lithium-Ionen-Batterien nach Stand der Technik erreichen ca. 200 Wh kg-1. Neue Batterien mit signifikant höherer Energiedichte wären ein großer Schritt, um die Elektromobilität massentauglich zu machen. Zukünftige Batteriegenerationen sind dabei eine große Chance für Europa den Technologievorsprung in Asien aufzuholen. Die Lithium-Schwefel-Technologie hat dabei das Potential, deutlich höhere Energiedichten zu erreichen und gleichzeitig Materialkosten zu senken. Im Rahmen des MaLiSu Projektes wurde ein signifikanter Beitrag zum fundamentalem Verständnis der Lithium-Schwefel Batteriemischung geleistet. Kohlenstoffmaterialien agieren als leitfähriges und stabilisierendes Gerüst für die nicht-leitfähigen Schwefelspezies. Der Einfluss der Nanostruktur des Kohlenstoffs auf die Performance in Schwefel-Kompositelektrodden wurde grundlegend untersucht. Kohlenstoffmaterialien mit verschiedenen spezifischen Oberflächen sowie verschiedenen Porenvolumina wurden von der TU Dresden als Projektpartner synthetisiert und den Partner des Fraunhofer IWS übergeben. Aus der elektrochemischen Charakterisierung ergab sich, dass Durchmesser von Transportporen > 40nm, Oberflächen von über 1000m2/g und hohe Porenvolumina von > 3 cm3g-1 entscheiden sind, um hohe Schwefelbeladungen und gleichzeitig eine hohe Schwefel-Ausnutzung zu erreichen. Für die Überführung der Ergebnisse in die Zellproduktion und die Anwendung in Elektrofahrzeugen sind jedoch weitere F&E-Arbeiten nötig.