BMBF-Kompetenzcluster für Festkörperbatterien (FestBatt)

© Fraunhofer IWS
Schema des Anodenkonzeptes auf Basis poröser Kohlenstoffe.

Motivation

Festkörperbatterien sind ein vielversprechendes Konzept zur Weiterentwicklung von aktuell verfügbaren Batterien. Sie sind konventionellen Lithium-Ionen-Batterien mit flüssigem Elektrolyten sehr ähnlich und unterscheiden sich von ihnen hauptsächlich dadurch, dass statt des flüssigen Elektrolyten ein fester Elektrolyt oder kurz »Festelektrolyt« zum Einsatz kommt. Dieser Unterschied trägt maßgeblich dazu bei, dass Festkörperbatterien langfristig höhere Speicherkapazitäten, kürzere Ladezeiten und mehr Sicherheit bieten können als konventionelle Lithium-Ionen-Batterien. Der Kompetenzcluster »FestBatt« arbeitet interdisziplinär an der Herstellung, Optimierung, Verarbeitung und Hochskalierung von geeigneten Festelektrolyten für die Batterien der Zukunft.

Ziele

Ziel von FestBatt ist, die Basis der Bewertung der neuen Materialien durch Industrie und anwendungsnahe Institute sicherzustellen. Die dafür nötigen Kompetenzen in den Bereichen Entwicklung, Herstellung, Optimierung und Hochskalierung geeigneter Festelektrolyte werden im FestBatt-Cluster gebündelt. Daran arbeiten 21 Gruppen an 12 wissenschaftlichen Einrichtungen deutschlandweit. Vertreterinnen und Vertreter ausgewählter Industrieunternehmen begleiten das Projekt. Koordiniert wird der Kompetenzcluster durch das Zentrum für Materialforschung (ZfM) der Justus-Liebig-Universität Gießen. Eingebunden ist das Cluster in das Dachkonzepts des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) zur Batterieforschung.

Das Fraunhofer IWS beteiligt sich an den Plattformen »Thiophosphate« und »Produktion«.

FB2-Thio – Zellplattform Thiophosphate

In der Materialplattform »Thiophosphate« entwickeln Forschende des Fraunhofer IWS ein neues Anodenkonzept auf Basis poröser Kohlenstoffe. Mit diesem Ansatz soll ein grundlegendes Problem der Lithium-Metall-Anode (morphologische Instabilität oberhalb kritischer Stromdichte) gelöst werden. Aus der 2-dimensionalen wird durch das Kohlenstoffgerüst eine 3-dimensionale Grenzfläche an der sich metallisches Lithium reversibel abscheiden kann. Bei Erfolg können zudem die Dickenänderung der Zellen und die Notwendigkeit externen Druck zu applizieren maßgeblich reduziert werden.

Projektkoordination

Justus-Liebig-Universität Gießen

Projektpartner

Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e. V.
Technische Universität Carolo-Wilhelmina zu Braunschweig
Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS
Technische Universität Dresden
Westfälische Wilhelms-Universität Münster

FB2-Prod – Querschnittsplattform Produktion

In der Plattform »Produktion« arbeitet das Fraunhofer IWS an der lösungsmittelfreien Fertigung von Kompositkathoden (Thiophosphat/NMC) und sulfidischen Separatoren. Das Verfahren soll in einem kontinuierlichen Pulver-zu-Rolle-Prozess demonstriert werden und ist somit ein weiteres Beispiel für die Anwendungsmöglichkeiten der DRYtraec®-Technologie.

Projektkoordination

Fraunhofer-Institut für Energietechnik und Angewandte Materialforschung IFAM

Projektpartner

Technische Universität Carolo-Wilhelmina zu Braunschweig
Technische Universität München
Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
Forschungszentrum Jülich GmbH

FestBatt