Untersuchung von binderfreien Schwefelkathoden als Hochenergiespeicher der nächsten Generation

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Für die Elektromobilität, stationäre Energiespeicherung und tragbare Consumer Anwendungen werden sichere, kostengünstige, verlässliche und vor allem leistungsfähige Energiespeicher benötigt. Da kommerzialisierte Lithium-Ionen Systeme hinsichtlich ihrer Energiedichte langsam an ihre physikalischen Grenzen stoßen, rücken neue Materialsysteme in den Fokus. Das System Lithium-Schwefel ist ein interessanter Kandidat, vom dem sich in Zukunft höhere gravimetrische und volumetrische Energiedichten versprochen werden. Neben einer umfangreichen Recherche zum Stand der Technik wurden unterschiedliche Methoden zur Schwefelinfiltration und der Zusammenhang zwischen physikalischen Elektrodeneigenschaften, wie Oberfläche, Leitfähigkeit und Zugänglichkeit auf die Kapazitätsausnutzung diskutiert. Der spezifische Reaktionsmechanismus wurde mittels Raman Spektroskopie untersucht. Kritisch für die Zuverlässigkeit einer Zelle sind insbesondere Lithiumdendriten, die lokale Kurzschlüsse verursachen können. Durch unterschiedliche Messaufbauten konnten diese dokumentiert und ihr Wachstum in-situ beobachtet werden. Hochrechnungen der gravimetrischen und volumetrischen Zellenergiedichte lieferten neben einer vergleichenden Kostenkalkulation einen Ausblick über das Potential der Zellchemie und der binderfreien Elektrode.