AReLiS - Analyse der Reaktionen von Elektrolyt und Kathode in Lithium/Schwefel- und Lithium-Metallsulfid-Batterien (DEU-JPN)

Ziel des Projektes ist es, das Verständnis über die Konversionsreaktionen in Lithium/Schwefel (Li/S)- und Lithium/Metallsulfid (Li/MxSy)-Batterien zu vertiefen und gegenüber dem Stand der Technik zu erweitern.  Der  Fokus  liegt  hierbei  auf  der  Wechselwirkung  des  Elektrolyten  mit  der  Kathode.  Eine  wesentliche Herausforderung der Li/S- und Li/MxSy-Batterieforschung liegt darin, die Bildung von im Elektrolyten  gelösten  Polysulfiden  zu  unterdrücken.  Aktuelle  Forschungen  zeigen,  dass  durch  das  Einbringen des Schwefels in mikroporöse Kohlenstoffe die Lösung der Polysulfide im Elektrolyt teilweise verhindert werden kann. In ähnlicher Weise erlaubt der Einsatz von Metallsulfiden eine effiziente  Konversationsreaktion  des  Schwefels  mit  Lithium-Ionen,  ohne  dass  quantitativ  lösliche  Zwischenstufen entstehen. Des Weiteren ermöglichen solche Kathodenmaterialen die Verwendung typischer Lithium-Ionen-Batterieelektrolyte mit organischen Carbonaten als Elektrolyt-lösungsmittel. Durch die Unterdrückung der Polysulfid-Löslichkeit findet die Umwandlung des Kathodenaktivmaterials in fester Phase statt, sodass mit geringen Elektrolytanteilen (< 3 µLElektrolyt / mg Schwefel) gearbeitet werden kann und hohe Energiedichten ermöglicht werden. Die grundlegenden (elektro-)chemischen  Reaktionen,  die  in  solchen  Batteriezellen  ablaufen  bzw.  unterdrückt  werden,  sind derzeit nicht gut verstanden und bilden daher das Hauptaugenmerk dieses Projektes.