Maßgeschneiderte Lithium-Metall-Anoden für zukünftige Batteriesysteme
Teilprojekt 1
Entwicklung von Methoden zur Herstellung metallischer Lithiumanoden sowie Evaluierung in Li-S-Prototypzellen
Laufzeit: 01.01.2019 bis 31.12.2021
Fördersumme: 799.324,00 €
Projektvolumen: 799.324,00 €
ausführende Stelle:
Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik, Chemische Oberflächen- und Batterietechnik
Winterbergstr.
23
01277 Dresden
Zuwendungsempfänger:
Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e. V.
Fördergeber: BMBF, Referat 523
Förderkennzeichen: 03XP0185A
Projektträger: PT-J
Leistungsplansystematik:
KB2220 Li-Ionen-Batterien
Förderprofil: Technologie- und Innovationsförderung
Förderart: PDIR
Das Vorhaben MaLiBa hat das Ziel, Verfahren zur Erzeugung dünner und sicherer Lithiummetall-Anoden für Lithium-Schwefel-Zellen mit hoher volumetrischer Energiedichte zu entwickeln. Das Teilvorhaben des Fraunhofer IWS trägt Arbeitsaufgaben in allen Arbeitspaketen des Gesamtvorhaben bei. Dies mündet in folgenden Zielen des IWS:
• Entwicklung dünner lithiophiler Grenzflächen auf Nickelsubstraten in effizienten Verfahren,
• Entwicklung eines Verfahrens zur Erzeugung von Lithiumschichten <25 µm auf lithiophil ausgestatten Nickelfolien durch Schmelzabscheidung,
• Entwicklung von Verfahren zur Abscheidung von Schutzschichten auf der frisch hergestellten Lithiumoberfläche,
• Entwicklung volumetrisch optimierter Li-S-Zellen mit Energiedichten von 500 Wh/L.
Die Arbeitsschwerpunkte des IWS liegen in der Entwicklung von Verfahren zur Erzeugung dünner Lithiumschichten auf Nickelfolie des Projektpartners hpulcas für den gezielten Einsatz in Lithium-Schwefel-Zellen.
Demnach werden Fragestellungen zur Erzeugung von Vermittlerschichten auf Nickelfolie sowie der Schichtbildung von Lithiummetall mittels Schmelzabscheidung näher beleuchtet. Oberflächenfunktionalisierungen zur Stabilisierung der Lithiumschichten werden gemeinsam mit Projektpartner JLU Gießen entwickelt. Komponenten für volumetrisch optimierte Lithium-Schwefel-Zellen werden ausgelegt und hergestellt und zu Lithium-Schwefel-Zellen verbaut.
Die Funktionalität des dünnen Lithiums sowie der Schutzschichten wird in Prototypzellen bewertet. Letztere werden zudem dem Projektpartner SGS für Sicherheitstests zur Verfügung gestellt.
Die im Projekt MaLiBa gewonnenen Ergebnisse sind nicht nur für Lithium-Schwefel-Zellen sondern auch für weitere zukünftige Zellkonzepte, wie Festkörperbatterien, Lithium-Ionen-Batterien mit metallischer Anode sowie Lithium-Luft-Batterien, relevant. Auf diese Weise liefert das Projekt Grundlagen für eine Vielzahl von Beiträgen zur aktuellen Batterieforschung in Deutschland.
Einige für eine Kommerzialisierung der zukünftigen Batteriesysteme erforderlichen technologischen Fragestellungen werden im Projekt adressiert und können im Anschluss an das Projekt mit Zellherstellern unter produktionstechnischen Aspekten weiterentwickelt werden.
Laufzeit der angegebenen
Teilprojekte: 01.01.2019 bis 31.12.2021
Fördersumme der angegebenen
Teilprojekte: 1.856.746,00 €
Projektvolumen der angegebenen
Teilprojekte: 2.484.459,00 €
Teilprojekt 1: Entwicklung von Methoden zur Herstellung metallischer Lithiumanoden sowie Evaluierung in Li-S-Prototypzellen
Förderkennzeichen: 03XP0185A
Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik, Chemische Oberflächen- und Batterietechnik
01277 Dresden
Teilprojekt 3: Risikoanalyse für Lithiummetall-Anoden und Sicherheitstests
Förderkennzeichen: 03XP0185C
SGS Germany GmbH - München, Battery Test House
81379 München
Teilprojekt 4:
Förderkennzeichen: 03XP0185D
Justus-Liebig-Universität Gießen, FB 08 - Biologie und Chemie - Chemie - Physikalisch-Chemisches Institut
35392 Gießen
Fördergeber: BMBF, Referat 523
Projektträger: PT-J
Leistungsplansystematik:
KB2220 Li-Ionen-Batterien
Förderprofil: Technologie- und Innovationsförderung
Förderart: PDIR
Die Erhöhung der Reichweite von Elektrofahrzeugen ist eines der großen Ziele der aktuellen Batterieforschung. Durch den begrenzten Bauraum im Fahrzeug wird die elektrische Reichweite maßgeblich durch die volumetrische Energiedichte der Batteriezellen bestimmt.
Lithium-Metall-Anoden bilden die Basis für alle lithium-basierten Batteriekonzepte, einen weiteren Sprung in der gravimetrischen und volumetrischen Energiedichte gegenüber heutigen Lithium-Ionen-Batteriezellen zu erreichen. Wichtige Voraussetzungen für den Erfolg dieser Technologie ist die Entwicklung maßgeschneiderter Lithiumanoden.
Die Herausforderungen bestehen in der Entwicklung neuer Konzepte zur Herstellung dünner Lithiumanoden auf dünnen Substratfolien und maßgeschneiderter Schutzschichten, welche einen optimalen Kontakt zum jeweiligen Elektrolytsystem und eine hohe Zyklenstabilität der Anode ermöglichen.
Ziel des Vorhabens ist es daher, neue Technologien zur Optimierung der volumetrischen Energiedichte von Lithium-Schwefel-Batterien durch Optimierung der Lithium-Metall-Anode zu erreichen. Als finales Ziel soll eine Zelle mit einer Energiedichte von >500 Wh/L demonstriert werden.
Ein interdisziplinäres Konsortium aus deutschen Forschungseinrichtungen und Unternehmen entwickelt generische Konzepte und Komponenten, welche auch in anderen Zelltechnologien Anwendung finden können. Dabei ist es die Aufgabe der hpulcas GmbH (HPU), Verfahren zur Herstellung 4 µm dünner Nickelfolien zu entwickeln. Das Fraunhofer IWS entwickelt ein Verfahren zur Abscheidung dünner Lithiumanoden mittels Schmelzverfahren und entwickelt volumenoptimierte Lithium-Schwefel-Prototypzellen. Die Entwicklung von Schutzschichten für dünne Lithiumanoden steht im Fokus der Arbeiten der Justus-Liebig-Universität (JLU), wohingegen SGS Germany (SGS) die Bewertung der Zellen sowie derer Sicherheit vornimmt.
Die im Projekt MaLiBa gewonnenen Ergebnisse sind neben Lithium-Schwefel-Zellen auch für weitere zukünftige Zellkonzepte, wie Festkörperbatterien, Lithium-Ionen-Batterien mit metallischer Anode, sowie Lithium-Luft-Batterien relevant. Auf diese Weise liefert das Projekt Grundlagen für eine Vielzahl von Beiträgen zur aktuellen Batterieforschung in Deutschland.
Einige für eine Kommerzialisierung der zukünftigen Batteriesysteme erforderlichen technologischen Fragestellungen werden im Projekt adressiert und können im Anschluss an das Projekt mit Zellherstellern unter produktionstechnischen Aspekten weiterentwickelt werden.
Festkörper-Batterien, Metall-Schwefel (nicht thermal)
noch nicht vorhersehbar, mobil, stationär, Undefiniert
Forschungs- und Entwicklungseinrichtung, Industrie, Dienstleister
schwarze Schlagworte: charakterisieren das Teilprojekt
graue und schwarze
Schlagworte: charakterisieren das komplette Verbundprojekt
Festkörper-Batterien Lithium Anode Lithium-Metall
Metall-Schwefel (nicht thermal) Lithium-Schwefel Elektrode Anode Lithium-Metall auf lithiophil ausgestatteten Nickel-Folien
Metall-Schwefel (nicht thermal) Lithium-Schwefel Elektrode Anode Lithium-Metall Oberflächen-funktionalisiert
Zelle
Zelle Elektroden Anode
Zelle Elektroden Anode Beschichtung
Zelle Elektroden Anode Stromsammler/Kollektor mit Grenzfläche lithiophil
Produktion Testzelle mit Flüssigelektrolyt Elektrodenfertigung alternative Prozesse Lithium-Metall Schmelzabscheidungsverfahren Aufbringung lithiophiler Grenzschicht auf Kollektor
Produktion Testzelle mit Flüssigelektrolyt Elektrodenfertigung alternative Prozesse Lithium-Metall Schmelzabscheidungsverfahren Metallabscheidung
Produktion Testzelle mit Flüssigelektrolyt Elektrodenfertigung alternative Prozesse Lithium-Metall Schmelzabscheidungsverfahren Oberflächenfunktionalisierung
Produktion untersuchte Eigenschaften, Arbeitsfeld Entwicklung neuer Prozesse
Produktion untersuchte Eigenschaften, Arbeitsfeld Prozessoptimierung Energiedichte
Material-, Bauteil- und Systementwicklung Demonstrator Testzelle
Material-, Bauteil- und Systementwicklung Bauteil- und Komponentenentwicklung Elektrode
noch nicht vorhersehbar
Forschungs- und Entwicklungseinrichtung außeruniversitäre Einrichtung
Telefon: +49 351 83391-3714
E-Mail:
benjamin.schumm@iws.fraunhofer.de
Herr Dr. Benjamin Schumm
Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e. V.
Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik
Winterbergstr. 28
01277 Dresden
Telefon: +49 351 83391-3714
Herr Dr. Benjamin Schumm
Telefon: +49 351 83391-3714
E-Mail: benjamin.schumm@iws.fraunhofer.de
Herr Dr. Benjamin Schumm
Winterbergstr. 28
01277 Dresden
Telefon: +49 351 83391-3714
E-Mail: benjamin.schumm@iws.fraunhofer.de
Typ | Inhalt | Aktion |
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