AReLiS - Analyse der Reaktionen von Elektrolyt und Kathode in Lithium/Schwefel- und Lithium-Metallsulfid-Batterien (DEU-JPN)

Ziel des Teilvorhabens ist es, das Verständnis über die Konversionsreaktionen in Lithium/Schwefel (Li/S)- und Lithium/Titansulfid (Li/TixSy)-Batterien zu vertiefen und gegenüber dem Stand der Technik zu erweitern. Der Fokus liegt hierbei auf der Wechselwirkung des Elektrolyten mit der Kathode. Eine wesentliche Herausforderung der Li/S- und Li/TixSy-Batterieforschung liegt darin, die Bildung von im Elektrolyten gelösten Polysulfiden zu unterdrücken. Aktuelle Forschungen zeigen, dass durch das Einbringen des Schwefels in mikroporöse Kohlenstoffe die Lösung der Polysulfide im Elektrolyt teilweise verhindert werden kann. In ähnlicher Weise erlaubt der Einsatz von Metallsulfiden eine effiziente Konversationsreaktion des Schwefels mit Lithium-Ionen, ohne dass quantitativ lösliche Zwischenstufen entstehen. Des Weiteren ermöglichen solche Kathodenmaterialen die Verwendung typischer Lithium-Ionen-Batterie-elektrolyte mit organischen Carbonaten als Elektrolyt-lösungsmittel. Durch die Unterdrückung der Polysulfid-Löslichkeit findet die Umwandlung des Kathoden-aktivmaterials in fester Phase statt, sodass mit geringen Elektrolytanteilen (< 3 µLElektrolyt / mg Schwefel) gearbeitet werden kann und hohe Energiedichten ermöglicht werden. Die grundlegenden (elektro-)chemischen Reaktionen, die in solchen Batteriezellen ablaufen bzw. unterdrückt werden, sind derzeit nicht gut verstanden und bilden daher das Hauptaugenmerk dieses Projektes.