Metall-Luft-Batterien

Funktionsweise einer Lithium/Sauerstoff-Zelle.
© Fraunhofer IFAM

Funktionsweise einer Lithium/Sauerstoff-Zelle.

Glastestzellen für Metall/Sauerstoff-Systeme.
© Fraunhofer IFAM

Glastestzellen für Metall/Sauerstoff-Systeme.

Metall/Luft-Batterien sind als Primärbatterien bereits kommerziell verfügbar. Sie zeichnen sich im Vergleich zur konventionellen Lithium-Ionen-Technologie durch ihre hohen theoretischen Energiedichten aus (> 1000 Wh/kg). Die Wiederaufladbarkeit stellt jedoch eine große Herausforderung dar und ist derzeit Gegenstand der Forschung. Für uns steht hierbei die Entwicklung von Gasdiffusionselektroden (GDE) mit neuen Kohlenstoffträgermaterialien und Katalysatoren sowie neuartigen Designs im Fokus. Das Verständnis der Wechselwirkung von Elektrolyt und GDE bildet einen weiteren wichtigen Schwerpunkt unserer Arbeit.

Neben Zink/Luft-Batterien (theor. ~1100 Wh/kg) beschäftigen wir uns intensiv mit dem Hochenergiesystem Lithium/Luft (theor. ~3500 Wh/kg). Als größte Herausforderung erweist sich hier die Eindämmung unerwünschter Nebenreaktionen. Diese führen derzeit noch zu deutlich geringeren (Faktor 10) praktischen Energiedichten sowie zu äußerst geringen Zyklenstabilitäten. Die optimale Benetzung der GDE, die Veränderung des Porengefüges durch die Bildung fester Entladeprodukte und die Stabilität der Lithium-Metallanode gegenüber dem Elektrolyten sind hierbei neben der Stabilität des Elektrolyten selbst wichtige Einflussfaktoren.

Wir erarbeiten neue Material- und Elektrodendesigns und verfügen über einen speziellen Metall/Luft-Teststand, um diese unter vielfältigen Bedingungen zu testen. Auch die in situ-Analytik kommt hier bei Bedarf zum Einsatz. Darüber hinaus beschäftigen wir uns mit der Konzeptionierung von Metall/Luft-Zellstacks.