LISZUBA
Lithium-Schwefel-Feststoffbatterien als Zukunftsbatterie
Laufzeit der angegebenen Teilprojekte: 01.07.2017 bis 30.06.2020
Fördersumme der angegebenen
Teilprojekte: 1.621.380,00 €
Projektvolumen der angegebenen
Teilprojekte: 1.621.380,00 €
Projektpartner Teilprojekte auf Karte zeigen
Teilprojekt 1
Fertigung und elektrochemische Evaluation von Li-S-Festelektrolyt-Kathodenkompositen
Förderkennzeichen: 03XP0115A
Justus-Liebig-Universität Gießen, FB 08 - Biologie und Chemie - Chemie - Physikalisch-Chemisches Institut
35392 Gießen
zum Internetauftritt
Teilprojekt 2
Anodenhalbzellen basierend auf Oxid-Keramik zur Verbesserung konventioneller Lithium-Schwefel-Batterien und Entwicklung neuartiger Li-S-Festkörperbatterien
Förderkennzeichen: 03XP0115B
Forschungszentrum Jülich GmbH - Institut für Energie- und Klimaforschung - Werkstoffsynthese und Herstellungsverfahren (IEK-1)
52425 Jülich
zum Internetauftritt
Teilprojekt 3
Operando-Tomographie-Untersuchungen an einer Festkörperelektrolyt-Batterie
Förderkennzeichen: 03XP0115C
Technische Universität Berlin, Fakultät III - Prozesswissenschaften - Institut für Werkstoffwissenschaften und -technologien - Fachgebiet Struktur und Eigenschaften von Materialien - Sekr. EW2-3
10623 Berlin
zum Internetauftritt
Teilprojekt 4
Formulierung und Charakterisierung von Kompositmaterialien für Lithium-Schwefel-Festelektrolytkathoden sowie Festelektrolytpartikel für Lithium-Metall-Schutzschichten
Förderkennzeichen: 03XP0115D
Technische Universität Carolo-Wilhelmina zu Braunschweig, Battery LabFactory Braunschweig
38106 Braunschweig
zum Internetauftritt
Fördergeber: BMBF, Referat 511
Projektträger: PT-J
Leistungsplansystematik:
KB2220 Li-Ionen-Batterien
Förderprofil:
Technologie- und Innovationsförderung
Förderart:
PDIR
Ausführliche Beschreibung des Verbundprojektes
Herausforderungen und Ziele
Leistungsfähige, sichere Batterien können der Elektromobilität zum konsequenten Durchbruch verhelfen, da vollelektrische Fahrzeuge mit hoher Sicherheit, Reichweite und langer Lebensdauer attraktiv für den Endverbraucher sind. Die Lithium-Ionen-Technik ist hinsichtlich der erreichbaren Energiedichten bereits weit entwickelt, deckt aber noch nicht die aktuellen Anforderungen ab. Daher müssen neue Zellkonzepte systematisch erforscht werden. Wichtig ist dabei, zukünftige Zellkonzepte schon von Anfang an auf ihren optimalen und effizienten Verwendungszweck zu untersuchen.
Einerseits versprechen Ansätze wie Lithium-Schwefel- (Li-S-), aber auch Lithium-Festkörper-Batterien (Li-ASB) deutlich höhere Kapazitäten. Eine Li-S-Batterie mit einer Lithium-Metall-Anode weist hierbei hohe theoretische Kapazitäten von 2.800 Wh/L bzw. 2.500 Wh/kg auf. Im Vergleich dazu stellen aktuelle Lithium-Ionen-Batterien praktische Energiedichten von ca. 270 Wh/kg auf Zellebene bereit. Andererseits ist der Einsatz einer Li-ASB mit höherer Sicherheit, bei ggf. sogar niedrigeren Kosten, verbunden, da diese auslaufsicher und hochtemperaturstabil sind.
Ziel des Projektes ist es deshalb, eine Lithium-Schwefel-Feststoffbatterie zu entwickeln. Hierbei werden die Konzepte der Lithium-Schwefel-Batterie und der Feststoffbatterie kombiniert und die spezifischen Probleme beider „Muttertechnologien“ gezielt durch die Stärken der jeweils anderen kompensiert werden. Im Mittelpunkt der Untersuchungen stehen letztlich Energie- und Leistungsdichte, Degradationsverhalten sowie Prozessierbarkeit für eine industrierelevante Hochskalierung.
Inhalt und Arbeitsschwerpunkte
Die in LISZUBA geplanten Arbeiten adressieren Probleme der Li-S-Zellen mit Flüssigelektrolyten. Es soll im Rahmen des Projektes eine Li-S-Feststoffbatterie entstehen, die einen neuartigen Zellaufbau besitzt und diese Probleme minimiert bzw. eliminiert, indem mit zwei verschiedenen Festelektrolytkomponenten gearbeitet wird.
Auf der Seite der Kathoden wird die Mikrostruktur und Architektur von Kompositmaterialien optimal gestaltet und mit den schnellen und weichen Ionenleitern der Thiophosphate verknüpft. Auf der Anode wird eine dichte Deckschicht mit einem schnellen Lithium-Ionen-leitenden Oxid aufgebracht, das stabil gegenüber Lithium-Metall ist. Dabei wird der Übergang von der Anoden- zur Kathodenseite (oxidischer zu sulfidischer Lithium-Ionen-Leiter) durch Strukturierung der Oberflächen optimiert. Somit werden die Probleme der Thio-Elektrolyte auf der Anodenseite sowie die der mechanisch steifen Oxide auf der Kathodenseite behoben.
Dieser Festelektrolyt-Hybridansatz mit optimierter Kathodengeometrie ist höchst vielversprechend und innovativ, um die relevanten Kenndaten einer Batterie zu verbessern. Das Projektkonsortium spiegelt von der Material- und Prozesstechnologie die gesamte Bearbeitung wider, welche notwendig ist, um eine Evaluation dieses zukunftsträchtigen Batteriesystems für die Elektromobilität zu ermöglichen.
Nutzung der Ergebnisse und Beitrag zur Energiespeicherung
Die aus dem Projekt hervorgehenden Erkenntnisse über den Aufbau und die industrielle Realisierbarkeit von Li-S-Feststoffbatterien sind essentiell für eine realistische Prognose dieser möglichen Technologie für die Elektromobilität und den Wirtschaftsstandort Deutschland. Die Prognose über die Erfolgsaussichten und Realisierbarkeit der Technologie ist kurz- bis mittelfristig möglich, ein Transfer zum Material und Zellentwickler ist als mittel- bis langfristig einzuschätzen. Deutsche Unternehmen können sich somit frühzeitig zu einer möglichen Li-S-Zellproduktion in Deutschland positionieren. Damit wird die deutsche Wirtschaft und insbesondere der komplette Wirtschaftszweig „Elektromobilität“ mit Erkenntnissen beliefert, die nachhaltig die Position des Standorts Deutschland auf diesem Gebiet sichern.
Galerie
Kurzkategorisierung
Energiespeichertypen
Festkörper-Batterien, Metall-Schwefel (nicht thermal)
Anwendungsfelder
noch nicht vorhersehbar
Förderempfänger
Forschungs- und Entwicklungseinrichtung
Schlagworte der Teilprojekte des Verbundprojekts
Teilprojekt 1
Energiespeichertyp
Festkörper-Batterien Lithium Kathode Komposit Schwefel-Kohlenstoff
Festkörper-Batterien Lithium Anode Lithium-Metall
Festkörper-Batterien Lithium Elektrolyt keramisch sulfidisch
Festkörper-Batterien Lithium Elektrolyt keramisch oxidisch
Festkörper-Batterien Lithium Elektrolyt Zwei-Komponenten-Elektrolyt
Forschungsgegenstand
Zelle Elektroden Kathode
Zelle Elektroden Kathode Additive Leitfähigkeitsadditive
Zelle Elektroden Kathode Aktivmaterial
Zelle Elektrolyt
Forschungsbereiche
Material-, Bauteil- und Systementwicklung Demonstrator Testzelle
Material-, Bauteil- und Systementwicklung Bauteil- und Komponentenentwicklung Elektrode Rezeptur
Material-, Bauteil- und Systementwicklung Bauteil- und Komponentenentwicklung Elekrolytformulierung
Analytik und Charakterisierung Methode physikalisch Mikroskopie Rasterelektronen
Analytik und Charakterisierung Methode physikalisch Spektroskopie Pulse-Echo-Ultraschall-Spektroskopie
Analytik und Charakterisierung Methode physikalisch Röntgendiffraktometrie
Analytik und Charakterisierung Methode physikalisch Spektroskopie Röntgenphotoelektronenspektroskopie
Analytik und Charakterisierung Methode (elektro-)chemisch galvanostatische Zyklisierung
Analytik und Charakterisierung Methode (elektro-)chemisch Impedanzspektroskopie
Analytik und Charakterisierung Methode (elektro-)chemisch Massenspektrometrie Sekundärionen (TOF-SIMS)
Analytik und Charakterisierung Material-, Bauteil und Systemcharakterisierung
Analytik und Charakterisierung untersuchte Eigenschaft Grenzflächen Grenzflächenwiderstand
Analytik und Charakterisierung untersuchte Eigenschaft Ionenleitfähigkeit
Analytik und Charakterisierung untersuchte Eigenschaft Stabilitätsgrenze chemische
Analytik und Charakterisierung untersuchte Eigenschaft Stabilitätsgrenze mechanische
Analytik und Charakterisierung untersuchte Eigenschaft Struktur
Analytik und Charakterisierung untersuchte Eigenschaft Struktur-Eigenschaftsbeziehungen
Anwendungsfelder
noch nicht vorhersehbar
Förderempfänger
Forschungs- und Entwicklungseinrichtung Universität
Teilprojekt 2
Energiespeichertyp
Festkörper-Batterien Lithium Kathode Komposit Schwefel-Kohlenstoff
Festkörper-Batterien Lithium Anode Lithium-Metall
Festkörper-Batterien Lithium Elektrolyt keramisch sulfidisch
Festkörper-Batterien Lithium Elektrolyt keramisch oxidisch
Festkörper-Batterien Lithium Elektrolyt Zwei-Komponenten-Elektrolyt
Metall-Schwefel (nicht thermal) Lithium-Schwefel Elektrode Anode Lithium-Metall
Metall-Schwefel (nicht thermal) Lithium-Schwefel Elektrode Anode Festelektrolytanode
Metall-Schwefel (nicht thermal) Lithium-Schwefel Elektrolyt flüssig
Metall-Schwefel (nicht thermal) Lithium-Schwefel Elektrolyt Festkörper oxidisch
Metall-Schwefel (nicht thermal) Lithium-Schwefel Elektrolyt Festkörper sulfidisch
Metall-Schwefel (nicht thermal) Lithium-Schwefel Elektrolyt Zwei-Komponenten-Elektrolyt
Forschungsgegenstand
Zelle Elektroden Anode
Zelle Elektrolyt
Forschungsbereiche
Material-, Bauteil- und Systementwicklung Bauteil- und Komponentenentwicklung Elekrolytformulierung
Anwendungsfelder
noch nicht vorhersehbar
Förderempfänger
Forschungs- und Entwicklungseinrichtung außeruniversitäre Einrichtung
Teilprojekt 3
Energiespeichertyp
Festkörper-Batterien Lithium Kathode Komposit Schwefel-Kohlenstoff
Festkörper-Batterien Lithium Anode Lithium-Metall
Festkörper-Batterien Lithium Elektrolyt keramisch sulfidisch
Festkörper-Batterien Lithium Elektrolyt keramisch oxidisch
Festkörper-Batterien Lithium Elektrolyt Zwei-Komponenten-Elektrolyt
Forschungsgegenstand
Zelle Elektroden Anode
Zelle Elektroden Kathode
Forschungsbereiche
Analytik und Charakterisierung untersuchte Eigenschaft Mechanismus Degradation
Analytik und Charakterisierung untersuchte Eigenschaft Struktur
Anwendungsfelder
noch nicht vorhersehbar
Förderempfänger
Forschungs- und Entwicklungseinrichtung Universität
Teilprojekt 4
Energiespeichertyp
Festkörper-Batterien Lithium Kathode Komposit Schwefel-Kohlenstoff
Festkörper-Batterien Lithium Anode Lithium-Metall
Festkörper-Batterien Lithium Elektrolyt keramisch sulfidisch
Festkörper-Batterien Lithium Elektrolyt keramisch oxidisch
Festkörper-Batterien Lithium Elektrolyt Zwei-Komponenten-Elektrolyt
Forschungsgegenstand
Zelle Elektroden Anode
Zelle Elektroden Kathode Aktivmaterial
Zelle Elektrolyt
Forschungsbereiche
Produktion Testzelle mit keramischem Elektrolyt Elektrodenfertigung Partikelzerkleinerung
Material-, Bauteil- und Systementwicklung Demonstrator Zelle
Material-, Bauteil- und Systementwicklung Demonstrator Testzelle
Material-, Bauteil- und Systementwicklung Bauteil- und Komponentenentwicklung
Material-, Bauteil- und Systementwicklung Materialentwicklung und -synthese Elektrolyt- und Elektrolytkomponenten
Analytik und Charakterisierung Methode (elektro-)chemisch Cyclovoltammetrie
Analytik und Charakterisierung Methode (elektro-)chemisch galvanostatische Zyklisierung
Analytik und Charakterisierung Methode (elektro-)chemisch Impedanzspektroskopie
Analytik und Charakterisierung Material-, Bauteil und Systemcharakterisierung Zelltest Vollzelle
Anwendungsfelder
noch nicht vorhersehbar
Förderempfänger
Forschungs- und Entwicklungseinrichtung Universität
Verbundprojektleiter
Herr Dr. Wolfgang Zeier
Justus-Liebig-University Giessen
Physikalisch-Chemisches Institut
Heinrich-Buff-Ring 17
35392 Giessen
Telefon: +49 641 99-34508
Fax: +49 641 99-34509
E-Mail: Wolfgang.G.Zeier@phys.chemie.uni-giessen.de
Pressekontakt
Herr Dr. Wolfgang Zeier
Heinrich-Buff-Ring 17
35392 Giessen
Telefon: +49 641 99-34508
Fax: +49 641 99-34509
E-Mail: Wolfgang.G.Zeier@phys.chemie.uni-giessen.de
| Typ | Inhalt | Aktion |
|---|---|---|
| Link | Link zur Verbundprojektwebsite | Öffnen |