Energiespeicher

Lithium-Metall-Anoden powern Batterien auf

04.04.2019 | Redakteur: Peter Königsreuther

Das Team um Dr. Holger Althues vom Fraunhofer IWS verbessert mit seinem Know-how die spezifische Energiedichte in Batterien. Diese wird dadurch deutlich höher als bei den bisher stärksten Lithium-Ionen-Batterien.

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Fraunhofer IWS Dresden

Fraunhofer-Institut für Silicatforschung

BMZ Batterien-Montage- Zentrum GmbH

So sehen die Prototypen von Batteriezellen der nächsten Generation aus. Sie werden am Fraunhofer IWS im Team von Dr. Holger Althues entwickelt. Im Rahmen des BMBF-geförderten Projekts „MaLiBa“ wird die generische Lithiumanodentechnologie für Lithium-Schwefel-Batterien hoher volumetrischer Energiedichte eingesetzt. Rekordwerte von über 400 Wh/kg in Sachen spezifischer Endergie sind laut Angaben der Forscher bereits erreicht worden – 150 Wh/kg mehr als die bisher besten ihrer Art.
(Bild: Fraunhofer IWS)

Lithium-Metall-Anoden gelten als Schlüsselelement für die Batteriesysteme der Zukunft. Sie ermöglichen die Maximierung der Energiedichte sowohl in Bezug auf das Zellvolumen als auch auf die Masse, erklären die Dresdener Experten. Die Lithium-Metall-Anode wird bereits in Lithium-Schwefel-Zellen eingesetzt, um Rekordwerte in der spezifischen Energie von mehr als 400 Wh/kg zu erreichen. Die besten Lithium-Ionen-Batteriezellen erreichen momentan nur 250 Wh/kg, betonen die Forscher. Darüber hinaus könnten Festkörperbatterien die volumetrische Energiedichte heutiger Lithium-Ionen-Batterien mithilfe der Lithium-Metall-Anode um über 70 % übertreffen.

Bestehende Grenzen bei der Lithiumfolienherstellung

Zu den üblichen Produktionsmethoden für die dazu benötigten Lithiumfolien zählen Walzverfahren. Das aber, birgt gewisse Schwierigkeiten, die darin bestehen, dass sich großflächige Schichten unter 50 Mikrometer Dicke walztechnisch nur sehr aufwendig herstellen lassen, sagen die Forscher. Die erreichbare Qualität sei zudem begrenzt, weil Hilfsstoffe die Oberfläche chemisch verunreinigen. Folglich lassen sich Lithiumfolien nicht mit den für Batterieanwendungen notwendigen Qualitätsanforderungen im industriellen Maßstab produzieren.

Heikle Anwendung von Lithiumanoden

Hinzu kommt, dass Produktionsverfahren für hochwertige und dünne Lithiumschichten noch nicht kommerziell verfügbar sind und die Grenzfläche von Lithium zu anderen Zellkomponenten hochreaktiv ist, merken die IWS-Spezialisten an. Das wiederum erfordere ein Interface-Engineering, um einen stabilen und sicheren Einsatz der Lithiumanoden zu ermöglichen.