Lithium-Schwefel-(Li-S)-Batterien zeichnen sich durch eine höhere spezifische Energie und geringe Materialkosten als gängige Lithium-Ionen-Batterien aus. Die Zellchemie ist daher hochgradig attraktiv für zukünftige, Energiespeicher, insbesondere zur Steigerung der Reichweite von Elektrofahrzeugen. Für die Weiterentwicklung der Li-S-Technologie ist das Elektrolytsystem eine entscheidende Schlüsselkomponente. Ein am Fraunhofer IWS Dresden neu entwickelter, nicht entflammbarer Elektrolyt ermöglicht die Umwandlung des Schwefels an der Kohlenstoffoberfläche der Kathode, verringert Korrosionsvorgänge an der Lithiumanode und erzielt infolgedessen eine erhebliche Verbesserung der Zyklenstabilität.

Dr. Holger Althues, Koordinator des Batteriezentrums am IWS und Projektleiter verschiedener Forschungsprojekte, kommentiert die Forschungsergebnisse des IWS wie folgt: »In bisherigen Prototypen entfallen mindestens 40 - 50 % des Zellgewichts auf den Elektrolyt. Da dieser an den Auflösungs- und Umwandlungsreaktionen in der Kathode teilnimmt, ist die Kinetik und Vollständigkeit der Schwefelumwandlung unmittelbar vom Elektrolytanteil abhängig. Werte kleiner 3 ml Elektrolyt pro Gramm Schwefel waren mit klassischen Konzepten nicht erreichbar. Der neue Elektrolyt des IWS erlaubt eine hohe Ausnutzung des Schwefels erstmalig auch mit geringen Elektrolytanteilen von 2,7 ml pro Gramm Schwefel (< 40 % Zellgewicht)«.

Prof. Stefan Kaskel, Leiter des Geschäftsfeldes Chemische Oberflächen- und Reaktionstechnik am Fraunhofer IWS und Professor für Anorganische Chemie an der Technischen Universität Dresden ergänzt: »Zersetzungsreaktionen des Elektrolyten an der Oberfläche der Lithiumanoden sind die Hauptursache für Austrocknungs- und Degradationsvorgänge. Hoch lösliche Reaktionsprodukte führen zur beschleunigten Selbstentladung und einer geringen Ladeeffizienz. Mit dem neuen Elektrolyt des IWS bleibt die Morphologie des abgeschiedenen Lithiums über mehr als 100 Zyklen glatt und feinpartikulär. Ein durch unerwünschte Zersetzungsprozesse induziertes Aufblähen der Zellen ist mit IWS-Elektrolyt ausgeschlossen«.

Der 5. Workshop »Lithium-Schwefel-Batterien« bietet neben hochkarätigen Vorträgen zahlreiche Möglichkeit der Diskussion, beispielsweise im Rahmen der Ausstellung, der Postersession oder der Besichtigung der Forschungslabore im Fraunhofer IWS Dresden. Weitere Informationen zur Veranstaltung finden Sie unter: www.iws.fraunhofer.de/battery-workshop.