2017-06-01  –  2020-12-31

1.186.905,00 EUR

Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung (IFAM), Bremen, Bremen

03ET6111B

Elektrochemische Speicher - Lithium-basierte Batterien [EA2312]

01172678/1  –  Batt3D

Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK.IIB5)

Forschungszentrum Jülich GmbH (PT-J.ESI3)

Energie

Ziel dieses Forschungsvorhabens ist die Entwicklung einer neuartigen dreidimensionalen, schaumbasierten Elektrodenstruktur für die Verwendung in Lithium-Ionen-Batterien mit flüssigen und festen Elektrolyten. Durch das spezielle Design dieser Elektroden können die Energie- und Leistungsdichte sowie die intrinsische Sicherheit im Vergleich zu konventionellen Batteriezellen spürbar verbessert werden. Konventionelle Lithium-Ionen-Batteriekonzepte basieren auf zweidimensionalen Elektrodenstrukturen. Im Regelfall sind dies Aktivmaterialschichten auf einer Metall-Trägerfolie, die zusammen mit einem Polymer-Separator gestapelt werden. Das hier vorgeschlagene Konzept sieht im Gegensatz dazu die Verwendung dreidimensionaler, schaumbasierter Strukturen als Träger für die Aktivmaterialien vor. Durch die große innere Oberfläche der Schäume wird die für den Ionenaustausch zur Verfügung stehende Fläche drastisch gesteigert. Dadurch kann die abrufbare Leistung in gleichem Maße erhöht werden. Da die Schäume gleichzeitig eine hohe Porosität von 95% und mehr aufweisen, ist die volumetrische Energiedichte gleichzeitig ebenfalls sehr hoch. Zum Erreichen der vorgesehen Projektziele werden zunächst speziell angepasste Schaumsubstrate entwickelt. Dazu werden die Anforderungen eng mit den ebenfalls am Projekt beteiligten Anwendern abgestimmt. Im Anschluss erfolgt die Beschichtung der Schäume mit Aktivmaterial. Im Fall des Flüssigsystems werden die Elektroden anschließend direkt in Batteriezellen getestet. Für Festkörperelektrolytbasierte Systeme wird zusätzlich eine Festkörperelektrolytschicht appliziert und die Gegenelektrode direkt aufgebracht. Für beide Varianten ist der Aufbau eines Demonstrators und begleitende Untersuchungen durch erfahrene Batterieanwender vorgesehen.