C2.3 - Lithium-Schwefel-Feststoffbatterien mit verbesserter Stabilität und struktureller Integration für die Luftfahrt

Die vollelektrische Luftfahrt erfordert Batterien, die eine hohe spezifische Energie und Leistung mit hoher Stabilität kombinieren. Ein vielversprechender Batterietyp, der diese Anforderungen erfüllt, ist die Lithium-Schwefel-Festkörperbatterie (SSLSB). Obwohl sie eine hohe Kapazität aufweist, zeigt sie während des Betriebs über mehrere Lade-/Entladezyklen hinweg eine schnelle Degradation, die bekanntermaßen durch verschiedene Mechanismen wie den Polysulfid-Shuttle-Effekt verursacht wird, die jedoch nicht im Detail verstanden sind. Daher konzentriert sich dieses Projekt auf den Entwurf und die Herstellung von SSLSB mit hoher Stabilität während des Betriebs. Es werden neue Materialien und Verarbeitungsmethoden für die Kompositkathode und den Separator untersucht, die den Polysulfid-Shuttle-Effekt verhindern, und es werden Schutzbeschichtungen für die Lithiumanode bewertet. Die Batteriezellen werden als Knopfzellen und später auch als mehrschichtige Pouch-Zellen hergestellt, um die Leistung zu charakterisieren und die Anforderungen für eine skalierbare Produktion zu bewerten. Ein weiterer wichtiger Aspekt ist die Abschätzung ihres Gesundheitszustands in Bezug auf Kapazität und Leistungsfähigkeit sowie die Bestimmung ihrer Verschlechterung durch die Bewertung im laufenden Betrieb. Um die Anwendbarkeit zu bewerten, wird ein Batteriesystemmodell erstellt und durch experimentelle Daten parametrisiert.

Aufgabenfelder

• Implementierung von polymerbasierten Elektrolyten mit hybriden Mehrkomponentenmaterialien mit Polysulfid-einfangenden Füllstoffen
• Entwicklung von Strukturkathoden basierend auf Schwefel-Kohlenstoff-Kompositen und deren Einsatz in SSLSB
• Verbesserung der Zyklenstabilität durch Entwicklung von Strategien zur Material-, Elektroden- und Batterieoptimierung unter Berücksichtigung von Spezifikationen der Anwendung in der Luftfahrt
• Herstellung von Li-S-Feststoffzellen auf Knopfzellenniveau mit dem Potenzial, mehrschichtige Pouch-Zellen mit hoher spezifischer Energie und hoher Zyklenstabilität zu bauen