En ny generation av litium-svavelbatterier står i fokus för det tyska forskningsprojektet ”MaSSiF – Material Innovations for Solid-State Sulphur-Silicon Batteries”. Projektet leds av Fraunhofer IWS och samlar sex partners som tillsammans skall utveckla och utvärdera celltekniken.
Projektgruppen ägnar sig åt design, konstruktion och utvärdering av lätta och billiga svavelbaserade prototypceller med hög lagringskapacitet. Tack vare hög lagringskapacitet och låga materialkostnader möjliggör det svavelbaserade konceptet potentiellt konstruktion av mycket lätta och kostnadseffektiva batterier. Att använda kisel som anodmaterial förväntas också avsevärt förbättra battericellernas livslängd. Det tyska förbundsministeriet för utbildning och forskning (BMBF), under ledning av Fraunhofer Institute for Material and Beam Technology IWS i Dresden, kommer att ge finansiering till sex partners från vetenskap och industri med totalt nästan 2,9 miljoner euro. Projektet startade i februari 2023.
De Solid-state-batterier som baseras på sulfid anses vara en möjlig efterföljare till dagens litiumjonbatterier och lovar större räckvidd och säkerhet för användning i elfordon tack vare deras höga energitäthet och stabilitet. Kombinationen med svavel som katodaktivt material är särskilt lovande. Fri från de kritiska beståndsdelarna kobolt och nickel som används i litiumjonteknik, uppnår svavel mycket höga energidensiteter i solid-state-batterier. Anoden innebär dock stora utmaningar i batteriets bearbetning och drift.
Dagens forskning syftar till att använda metalliskt litium som negativa elektroder i solid state-batterier. Litiums höga reaktivitet begränsar stabiliteten och säkerheten hos sådana cellsystem. Inom ramen för BMBF-projektet ”MaSSiF” fokuserar partnerna därför på ett anodmaterial som också har visat sig vara ett lovande alternativ i aktuell vetenskaplig forskning för användning i solid-state-batterier: kisel. Kombinationen av svavel (eller litiumsulfid), en fast elektrolyt och kisel bör enligt Fraunhofer resultera i ett innovativt cellkoncept som kombinerar låga materialkostnader och hög energitäthet.
Uppnå effektivitetsfördelar i nätverket
”MaSSiF”-projektet involverar forskningsinstitut och industriella tillverkare av alla nödvändiga nyckelkomponenter för att undersöka de grundläggande relationerna för strukturegenskaper och för att bearbeta och designa komponenter och celler. På så sätt ska battericeller med 350 wattimmar per kilo och en livslängd på mer än 300 cykler produceras. Utöver den höga specifika energin bör det enligt Fraunhofer finnas betydande kostnadsfördelar jämfört med dagens Li-ion-batterier tack vare låg kostnad, hållbara råvaror och en kort, lokal försörjningskedja.
Sammanfattningsvis:
- Fraunhofer IWS koordinerar projektet och bidrar med kunskap om innovativa processer för produktion av elektroder och prototypceller
- Fraunhofer IFAM utvecklar optimerade separatorer för litium-svavelbattericellen baserade på de undersökta fasta elektrolyterna
- Forskare vid Westfälische Wilhelms-Universität Münster kommer att forska på skräddarsydda fasta elektrolyter och deras transportegenskaper för den nya batteritypen
Wacker Chemie AG tillhandahåller kisel och ”know-how” för tillverkning av anoder med detta material - AMG Lithium GmbH utvecklar och producerar sulfidiska fasta elektrolyter och levererar nya katodaktiva material baserade på litiumsulfid
- Schunk Kohlenstofftechnik GmbH tar sig an produktionen av koltillsatser eller industriellt relevanta kompositmaterial
Någon tidplan anges inte i ett pressmeddelande från Fraunhofer IWS.
