Entwicklung von Lithium-Schwefel/Silicium Batterien (LiSSi) mit hoher spezifischer Energie für die Fahrzeuganwendung

Gegenstand des Projekts LiSSi (VW AG, Wacker Chemie AG, TUM) ist die Erforschung und Entwicklung eines neuartigen wiederaufladbaren Batterietyps mit hoher spezifischer Energiedichte von bis zu 450 Wh/kg auf Zellebene und 300 Wh/kg auf Systemebene (Fahrzeugtraktionsbatterie). Ziel ist es einen Energiespeicher darzustellen, der für zukünftige elektrifizierte Fahrzeugkonzepte eine ausreichende Reichweite zur Verfügung stellt. Das zu entwickelnde System basiert auf der Kombination einer Li2S-Kathode und einer Si-Anode. Diese Kombination bietet die Möglichkeit einer hohen Energiedichte bei gleichzeitig hoher intrinsischer Sicherheit und bietet somit deutlich Vorteile gegenüber dem state-of-the-art Lithium-Ionen Batterie System.

Beim aktuellen Stand der Technik von Lithium-Schwefelbatterien treten jedoch einige Probleme auf, die eine breite Kommerzialisierung bisher verhindern. Hier sind die geringe Zyklenzahl und die geringen Stromdichten (C-Raten) anzuführen.

Der Entwicklungsplan sieht vor, diese Probleme durch die Bündelung der Kompetenz der beteiligten Partner zu lösen. Der Entwicklungsplan umfasst Arbeiten von der Materialforschung an Elektroden und Elektrolyt über deren Vermessung in Halbzellen bis zur Herstellung von Vollzellen größerer Kapazität (Ziel: 2,5 Ah). Zusätzlich werden Arbeiten im Bereich Batteriemodellierung durchgeführt, bei denen der Wärmehaushalt der Li2S/Si- Technolgie und deren Einfluss auf die Alterung modelliert werden, um daraus optimale Betriebsstrategien abzuleiten. Ergänzend werden experimentelle Lebensdaueruntersuchungen (Alterungsprozesse) an Demonstratorzellen durchgeführt.

Die zielgemäß aus dem Projekt hervorgehende Lithium-Schwefel-Technologie bietet die Möglichkeit, eine umwelt- und resourcenschonende Mobilität für jedermann sicherzustellen und hat somit einen hohen wirtschaftlichen Wert. Allerdings sind bis zur Alltagstauglichkeit noch einige technische Hürden zu überwinden. Eine Volumenproduktion ist daher nicht vor 2020 zu erwarten, so dass sich die Verwertung zunächst auf die patentrechtliche Schützung der Projektergebnisse und die Veröffentlichung der Ergebnisse in wissenschaftlichen Gremien konzentriert. Die Übertragung der Technik in andere Anwendungsbereiche wie z.B. stationäre Energiespeicherung wird stets überprüft, so dass Ergebnisse aus dem Projekt auch hier Anwendung finden können.