Calcium-Schwefel: Innovative Materialentwicklung für nachhaltigere Batterien "CaSino"

Abstract

Das Forschungsprojekt CaSino – Calcium-Schwefel: innovative Materialentwicklung für nachhaltigere Batterien hatte sich zum Ziel gesetzt, die Entwicklung und Demonstration innovativer Calcium-Schwefel-Batterietechnologien für nachhaltigere Energiespeicher voranzutreiben. Dabei stehen vor allem die Entwicklung von dünnen Calciumanoden mit maßgeschneiderten Schutzschichten und die Optimierung eines Elektrolytsystems im Mittelpunkt. Somit arbeitet die Verbundpartner gemeinsam auf das Ziel hin, die Leistungsfähigkeit dieser neuen Energiespeichertechnologie auf Basis von Calcium und Schwefel in einer industriekompatiblen Batteriezelle zu demonstrieren. Hierzu wurden entlang der gesamten Wertschöpfungskette Forschungs- und Entwicklungsarbeiten durchgeführt, um zentrale wissenschaftliche und technologische Herausforderungen zu adressieren und die Voraussetzungen für eine zukünftige industrielle Umsetzung zu schaffen. Im Projekt wurde die anwendungsbezogene Weiterentwicklung effizienter Elektrolyte, Schwefelkathoden und Calcium-Anoden intensiviert. Der entwickelte Hybrid-Elektrolyt weist auf dem letzten Stand der Technik im Vergleich zum Stand der Technik die besten elektrochemischen Eigenschaften für Calcium-Schwefel-Batterien auf. Die Synthesen der Elektrolytsalze sind skalierbar und machen diesen Elektrolyten aus Sicht der praktischen Anwendung sehr vielversprechend. Zudem wurde im Projektverlauf ein kostengünstiges Verfahren zur Herstellung von 100 µm dünnen Calcium-Folien entwickelt, welches den Erfolg der industrierelevanten Pouchzellen erst ermöglichte. Durch die erzielten neuen Ansätze zur Reduktion der Polysulfide-Diffusion mittels Kathodenoptimierung sowie die Vertiefung der wissenschaftlich-technischen Erkenntnisse der Degradationsmechanismen des Calcium-Schwefel-Batteriesystems wird die weitere Entwicklung von leistungsfähigeren, industriekompatiblen Calcium-Batteriezellen stark vorangetrieben. Die im Projekt erzielten wichtigen Ergebnisse dienen als Grundlage für weitere Forschungsaktivitäten im Bereich nachhaltiger Batteriematerialien und werden in den Folgeprojekten (CaCaO) umgesetzt.