Im Rahmen des Solidify-Projekts haben das belgische Forschungszentrum Imec und seine 13 europäischen Partner den Prototyp einer Hochleistungs-Lithium-Metall-Festelektrolytbatterie entwickelt. Die Pouchzelle, die Forscher:innen im Batterielabor von Energyville im beglischen Genk hergestellt haben, soll eine außergewöhnliche Energiedichte von 1070 Wh/L aufweisen. Die herkömmliche Lithium-Ionen-Technologien soll laut den Forscher:innen nur ein Maximum von 800 Wh/L erreichen. Zudem soll das Herstellungsverfahren bei Raumtemperatur handhabbar sein. Man kann es an die aktuellen Produktionslinien für Lithium-Ionen-Batterien anpassen und es soll voraussichtlich weniger als 150 € pro kWh kosten. Das soll gute Voraussetzungen für einen erschwinglichen industriellen Transfer bieten.

Diese Leistung erzielte man durch sorgfältige Evaluierung und Optimierung neuer Materialien und fortschrittlicher Beschichtungen, die die Partner beigesteuert haben. Für den Festelektrolyten des Prototyps haben die Forscher:innen ein dotiertes, polymerisiertes, auf ionischen Flüssigkeiten (PIL) basierendes Nanokompositmaterial verwendet. Dieses ermöglicht einen einzigartigen „Flüssig-zu-Fest“-Erstarrungsansatz. Die hohe Energiedichte hat man durch die Kombination einer Hochleistungs-Verbundkathode erreicht, die durch einen dünnen Festelektrolyt-Separator (50 µm) von einer dünnen Lithium-Metallanode getrennt ist. Das führt zu einem kompakten Batteriezellenstapel.

Lithium-Metall-Festelektrolytbatterie thermisch stabil

Darüber hinaus will das Konsortium die Herausforderungen in Bezug auf die mechanische Festigkeit und die Kathodenimprägnierung gemeistert haben. Somit konnte es die Laderate der Zelle auf 3 Stunden und die Lebensdauer auf 100 Zyklen erhöhen. Im Vergleich zu flüssigen Elektrolyten ist die thermisch stabile Feststoffzelle weniger entflammbar, was die Sicherheit verbessert. Die Anwendung von nanometerdünnen Schutzbeschichtungen ermöglichte die Verwendung von kobaltarmen NMC-Kathoden. Dadurch will man die Umweltbelastung reduzieren und gleichzeitig eine höhere Kapazität bereitstellen.

Zu den nächsten Schritten gehört die Hochskalierung dieser Hochleistungs-Lithium-Metall-Festelektrolytbatterie. Darüber hinaus strebt Imec eine kontinuierliche Steigerung der Energie- und Leistungsdichte von Energiespeichertechnologien an und erforscht Kathodenmaterialien der nächsten Generation sowie Lithium-Metall-Anoden unter Verwendung von Galvanotechnik.

Das Solidify-Konsortium besteht aus 14 Partnern, darunter die Forschungszentren Imec/Energyville (Belgien), Fraunhofer (Deutschland), Centro Richerche Fiat SCPA (Italien) und Empa (Schweiz), die Universität Hasselt/Energyville (Belgien) und die Technische Universität Delft (Niederlande) sowie die Industriepartner VDL Groep (Niederlande), Umicore (Belgien), Solith (Italien), Solvionic (Frankreich), Sidrabe (Lettland), Leclanché (Schweiz), Gemmate Technologies (Italien) und Powall (Niederlande). Das Projekt hat die EU im Rahmen des Forschungs- und Innovationsprogramm „Horizont 2020“ finanziert. Imec hat es koordiniert.

Lithium-Metall-Batterien sind ein beliebstes Forschungsfeld. Kürzlich hatte auch die Schweizer Universität ETH Erfolge gemeldet.

Quelle: Solidify | solarserver.de © Solarthemen Media GmbH