AReLiS-2 - Analyse der Kathoden- und Elektrolytreaktionen in Lithium-Schwefel- und Lithium-Metallsulfid-Batterien 2: Festkörperelektrolyte

Die aktuelle Batterieforschung betrachtet Lithium-Schwefel-Batterien (LSB) als einen möglichen Nachfolger heutiger Lithium-Ionen-Batterien. Schwefel als Kathodenmaterial bietet eine hohe Kapazität, niedrige Rohstoffkosten, einen geringen ökologischen Fußabdruck und weltweit verteilte Rohstoffreserven. Zu den größten Herausforderungen bei der LSB-Entwicklung gehören die Verlängerung ihrer Zyklenlebensdauer und die Erhöhung der Schwefelausnutzung. Ein übliches Alterungsphänomen von LSB ist dabei die Auflösung von Polysulfiden (PS) im Elektrolyten und, als Folge davon, die irreversible Ablagerung von Schwefelspezies auf der Anode. Es gibt eine Reihe von Ansätzen zur Verbesserung der Zyklenlebensdauer von LSB, z. B. die Verwendung von Elektrolyten mit geringer PS-Löslichkeit, die Einkapselung von Schwefelspezies in Kohlenstoffporen, der Austausch von Schwefel durch Metallsulfide oder die Verwendung von Polymerelektrolyten. Die grundlegenden Prinzipien dieser Ansätze wurden im Vorgängerprojekt "AReLiS-1" untersucht, welches sich stark auf die Reaktionen der Kathoden mit flüssigen Elektrolyten konzentrierte. Die Entwicklung und Anwendung fortschrittlicher Analysemethoden ermöglichte hierbei Einblicke in die chemischen Prozesse dieser Batteriesysteme und eröffnete damit Wege für bessere Elektrolyte. Für die Entwicklung langzeitstabiler LSB liegt, neben den Anpassungen der flüssigen Elektrolyte, großes Potential in der Verwendung reiner Polymer-, Fest- und Hybridelektrolyte. Hierdurch ließe sich u.a. die PS-Auflösung weiter reduzieren und die Aktivmaterialausnutzung weiter steigern.