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Thiophosphate als mögliche Lösung

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Mehr Sicherheit, größere Speicherkapazitäten, kürzere Ladezeiten: Das Konzept der Festkörperbatterie gilt als mögliche Weiterentwicklung der heute gängigen Lithiumionenbatterien mit flüssigen Elektrolyten. Das Schaubild zeigt den schematischen Aufbau einer Festkörperbatterie. Grafik: JLU/Elisa Monte © Red

Gießen (red). Festkörperbatterien gelten als mögliche Weiterentwicklung der heute gängigen Lithiumionenbatterien. Sie kommen ohne brennbare Bestandteile aus und versprechen höhere Energiedichten sowie kürzere Ladezeiten. Trotz zahlreicher Ankündigungen industrieller Akteure sind eine Reihe wissenschaftlicher und technologischer Herausforderungen auf dem Weg zum kommerziellen Erfolg und zur Massenproduktion von Festkörperbatterien noch ungelöst.

Zweite Förderphase

Der vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderte Kompetenzcluster für Festkörperbatterien »FestBatt« hat in seiner zweiten Förderphase das Ziel, Zellkomponenten und ganze Festkörperbatteriezellen auf der Basis der in der ersten Phase untersuchten Festelektrolyte sowie die dafür notwendige Material- und Prozesstechnologie zu entwickeln. Dabei soll ein möglichst umfassendes Verständnis von Festkörperbatteriezellen und deren Produktion generiert werden.

Sehr hohe Leitfähigkeit

Die von Prof. Jürgen Janek von der Justus-Liebig-Universität Gießen (JLU) koordinierte Zellplattform »Thiophosphate« (FB2-Thio) ist Teil des Kompetenzclusters und erforscht unterschiedliche Komponenten und Konzepte zur Herstellung von Festkörperbatterien, in denen Festelektrolyte auf Basis von Schwefel-Phosphor-Verbindungen (Thiophosphate) zum Einsatz kommen. Diese Materialklasse gilt aufgrund ihrer sehr hohen Lithiumionen-Leitfähigkeit bei gleichzeitig guten mechanischen Eigenschaften als sehr erfolgversprechend für den Einsatz in Festkörperbatterien. Das Projekt deckt dabei von der Materialentwicklung über die Hochskalierung und Komponentenoptimierung bis hin zur Zellfertigung die gesamte Prozesskette der Festkörperbatteriefertigung ab.

Neben den Forscherinnen und Forschern der JLU sind Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster, des Max-Planck-Institutes für Festkörperforschung, der TU Braunschweig sowie der Fraunhofer Institute für Schicht- und Oberflächentechnik, für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung sowie für Werkstoff- und Strahltechnik am Projekt beteiligt. Darüber hinaus findet ein enger Austausch mit den anderen Verbundprojekten des Clusters statt. Das BMBF fördert die Zellplattform Thiophosphate mit rund 4,3 Millionen Euro. Der Kompetenzcluster »FestBatt« besteht in der zweiten Phase aus neun Verbundprojekten, die sich in drei Zell- und vier Querschnittsplattformen einordnen sowie einem übergeordneten Begleitprojekt.

»FestBatt« ist Teil des Dachkonzepts »Forschungsfabrik Batterie« des Bundesministeriums für Bildung und Forschung, dessen Ziel es ist, die technologische Souveränität Deutschlands in der Batterietechnologie zu sichern. Der Cluster ist eng mit den parallel geförderten anderen BMBF-Kompetenzclustern vernetzt und wird vom Zentrum für Materialforschung der JLU Gießen koordiniert.

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