Batterien auf Basis von Lithium-Metall und Schwefel mit einem keramischen Feststoffelektrolyten versprechen als zukünftige Batteriegeneration eine hohe Energiedichte bei günstiger Kostenstruktur und verbesserter Sicherheit im Vergleich zu den aktuellen Zellsystemen mit Flüssigelektrolyten. Jedoch stellen bisher Herausforderungen in der Prozessierung und der Materialkompatibilität eine Hürde für großflächige Kommerzialisierung dar.
Um das Lithium-Schwefel Konzept zu realisieren, können die Vorteile verschiedener keramischer Festelektrolyte (FE) der Oxidklasse kombiniert werden. Keramiken mit der Granatstruktur z. B. Li7La3Zr2O12 (LLZO) sind eine Stoffgruppen, die anodenseitig stabil gegenüber Lithium-Metall ist. Kathodenseitig weist das Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3 (LATP) durch eine kostengünstige Struktur eine ideale Anwendung für Mischkathoden basierend auf Schwefel. Im Projekt werden neuartige, laserbasierte Herstellungsverfahren für Lithium-Schwefel Festkörperbatterien basierend auf oxidischen Elektrolyten hergestellt. Hierbei werden beide keramischen Materialien zu Multilagen vereint. Dabei wird durch die Laserstrahlung eine Prozessierung ohne thermischen Einflusses auf das darunterliegende Substratmaterial und unerwünschter Diffusionsprozesse, sowie damit verbundener Sekundärphasenbildung aufgrund der hohen Heiz- und Kühlraten ermöglicht.
Ziel des Projektes seitens des ifs ist es eine Methode zur laserbasierten Fertigung von Lithium-Schwefel Batterien mit keramischen Feststoffelektrolyten bereitzustellen. Dazu werden zunächst verschiedene Auftragsverfahren zur generativen Herstellung von Multilagen aus LATP auf LLZO und der damit verbundenen Charakterisierung der generierten Strukturen evaluiert. Darüber hinaus wird das Verfahren zum Lasersintern optimiert und das Verständnis über die Wechselwirkung von Material und Strahlung anhand verschiedener Methoden zur Bestimmung von Oberflächenmorphologien und Grenzflächenwiderständen erweitert.
Bundesministerium für Bildung und Forschung
Projektpartner
