Entwicklung innovativer, beschichteter Separatoren zur signifikanten Steigerung der Zyklenfestigkeit von Lithium-Schwefel-Batterien (EiS-LiS)

Abstract

Im Rahmen der Energiewende spielt die Energiespeicherung eine wichtige Rolle. Effiziente Energiespeicher sind erforderlich, um die Reichweite von Fahrzeugen zu erhöhen, den steigenden Energiebedarf tragbarer elektronischer Geräte zu decken und Energie für stationäre Anwendungen zu speichern. Lithium-Schwefel-Batterien werden als vielversprechende Alternative zu Lithium-Ionen-Batterien betrachtet, da sie eine höhere theoretische Energiedichte haben, umweltfreundlicher sind und geringere Materialkosten aufweisen. Die Herausforderungen bei der Nutzung von Lithium-Schwefel-Batterien liegen jedoch in ihrer begrenzten Zyklenfestigkeit und Coulomb-Effizienz. Ein Problem ist der Polysulfid-Shuttle-Mechanismus, der verhindert, dass die während der Reaktion gebildeten Polysulfide im Kathodenbereich gehalten werden. In dem hier dokumentierten Projekt wurden Separatorbeschichtungen aus maßgeschneiderten Übergangsmetalloxiden bzw. -sulfiden entwickelt, mit dem Ziel den Polysulfid-Shuttle zu unterdrücken. Zusätzlich wurden auch verschiedene Übergangsmetalloxide in die Kathode eingebracht. Die Entwicklung der Separatorbeschichtungen sowie die Untersuchung grundlegender Eigenschaften der beschichteten Separatoren wie Morphologie, chemischer Zusammensetzung, Li-Ionenleitfähigkeit und Polysulfiddiffusion fanden am fem statt. Voll- und Halbzellen wurden unter Einsatz beschichteter Separatoren und/oder mittels Oxiden modifizierter Kathoden am ZBT aufgebaut und elektrochemisch untersucht. Insgesamt konnten Materialen identifiziert werden, die den Polysulfid-Shuttle unterdrücken und damit zur Verlängerung der Lebensdauer von Li-S-Zellen beitragen. Datei-Upload durch TIB