Fraunhofer Dresden arbeitet an Festkörperakkus für mehr Reichweite Elektrovehikeln

Dresden, 29. April 2023. Sächsische Fraunhofer-Forscher versuchen weiter, Schwefel-Akkus doch noch zur Marktreife zu bringen. Dafür hat das Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik (IWS) nun gemeinsam mit weiteren Partnern das Projekt „Materialinnovationen für Schwefel-Silizium-Festkörperbatterien“ (Massif) gestartet. Es zielt auf Festkörper-Akkumulatoren, die Schwefel statt des kritischen Elements Kobalt als Kathoden-Material einsetzt und Silizium für die Anoden verwendet. Damit wollen die Massif-Forscher auf gewichtsorientierte Energiedichten um die 350 Wattstunden pro Kilogramm kommen – etwa doppelt soviel, wie die meisten Lithium-Ionen-Akkus heute hergeben. Das geht aus einer IWS-Mitteilung hervor.

Mehr Energiedichte, Reichweite und Sicherheit erhofft

„Feststoffbatterien auf Sulfidbasis versprechen durch ihre hohe Energiedichte und Stabilität eine größere Reichweite sowie Sicherheit für den Einsatz in Elektrofahrzeugen“, heißt es in der IWS-Mitteilung. Sicherer wäre solch ein Akku, weil Festkörper-Energiespeicher bei Unfällen nicht so schnell Feuer fangen. Besonders aber der Schwefel-Einsatz könnte einige Vorteile bringen: Schwefel ist billiger als Kobalt oder Nickel, ist auch in Deutschland leichter verfügbar und zumindest die gravimetrische Energiedichte, die sich nach den speicherbaren Wattstunden pro Kilogramm bemisst, ist auch deutlich höher als bei den herkömmlichen Lithium-Ionen-Akkus.

Weniger gut fällt allerdings die volumetrische Energiedichte aus, die ausdrückt, wieviel Wattstunden ein Energiespeicher pro Kubikmeter speichern kann. Daher sind die Dresdner Fraunhofer-Forscher auch inzwischen mehr und mehr von der Idee abgerückt, Schwefel-Akkus vor allem für reichweitenstarke Elektroautos zu entwickeln, sondern denken eher an den Einsatz in der Luftfahrt, wo jedes Kilo zählt.

Schweflige Akkus sind noch zu kurzlebig

Ein weiterer Nachteil der bisher gebauten Schwefel-Zellen ist ihre kurze Lebensdauer. Das spiegelt sich auch im Massif-Projekt: Die Projektpartner haben sich Akku-Zellen vorgenommen, die 300 Ladezyklen durchhalten. Zum Vergleich: Moderne Lithium-Akkus kommen auf etwa 500 bis 1000 Zyklen.

Millionenzuschuss vom Bund

Dennoch setzt das Bundesforschungsministerium einige Hoffnungen in die Forschungen in das Massif-Projekt und fördert es mit knapp 2,9 Millionen Euro. Die Federführung hat das IWS übernommen. Mit an Bord sind außerdem:

• Das Fraunhofer IFAM entwickelt optimierte Separatoren für die Lithium-Schwefel-Batteriezelle auf Basis der erforschten Festelektrolyte
• Die Westfälische Wilhelms-Universität Münster untersucht maßgeschneiderte Festelektrolyte und deren Transporteigenschaften für den neuen Batterietyp.
• Die AMG Lithium GmbH entwickelt und produziert sulfidische Festkörperelektrolyte und neue Kathoden-Aktivmaterialien basierend auf Lithiumsulfid.
• Die Schunk Kohlenstofftechnik GmbH übernimmt die Herstellung von Kohlenstoffadditiven bzw. industriell relevanten Kompositmaterialien.

Autor: hw

Quellen: IWS, Oiger-Archiv, Diamant, Jungheinrich

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