锂硫电池是传统锂离子电池系统的理想替代方案。据外媒报道，为了克服该电池化学技术目前面临的技术难题，弗劳恩霍夫材料与束流技术研究所（Fraunhofer Institute for Material and Beam Technology IWS）及其合作伙伴近日发布了一种新型锂硫（Li-S）固态电动汽车电池，有望为更轻便、更安全、能量效率更高的储能系统铺平道路。
图片来源： Fraunhofer IWS
该新型电池结构能够减少电解液用量并改进固态化学。他们的目标是开发兼具高能量密度、更长循环寿命和更高安全性的实用电池方案。由德国联邦研究、技术和空间部（German Federal Ministry of Research, Technology and Space，BMFTR）资助的AnSiLiS项目和由欧盟Horizon Europe计划资助的TALISSMAN项目构成了这项工作的框架。该项目旨在开发一种固态锂硫电池，在提供与现有电池相当的能量的同时，显著减轻电池重量。
传统的锂硫电池循环寿命有限，是因为其液态电解质会促进可溶性多硫化物的生成。这些副产物会导致材料损失并加速循环稳定性下降。Fraunhofer IWS研究人员正在探索一种替代方案：在完全无液态电解质的固态环境中，将硫直接转化为固态硫化锂。初步实验室结果表明，未来这种结构有望实现超过600瓦时/千克的比能量，并保持稳定的循环性能。
AnSiLiS：材料开发、模拟和电池集成
AnSiLiS项目专注于开发硫碳复合正极材料。该材料将与薄锂金属负极和少量混合电解质体系结合使用进行研究。德累斯顿工业大学（TU Dresden）和耶拿大学（University of Jena）将探索电解质与活性材料之间的电化学相互作用。德国亥姆霍兹国家研究中心联合会柏林研究中心（Helmholtz-Zentrum Berlin）将提供原位分析和三维断层扫描方面的专业知识。分子动力学模拟将为电池开发过程提供支持，从而能够精确评估不同尺度下组件的稳定性和兼容性。
TALISSMAN：规模化和工业验证
欧盟项目TALISSMAN在研究基础上增加了工业规模化和应用验证环节。该项目由巴斯克地区CIDETEC研究所协调，来自西班牙、法国、意大利和德国的九个合作伙伴正在开发两代用于电动汽车的电池。他们的目标包括：能量密度高达550瓦时/千克，采用不易燃的准固态电解质，以及生产成本低于75欧元/千瓦时。该电池设计将与现有的锂离子电池生产线兼容。
将新材料和新工艺集成到原型电池中
在AnSiLiS和TALISSMAN项目中，Fraunhofer IWS均作为系统集成开发合作伙伴。基础化学知识、材料专业知识、工艺技术以及接近工业规模的中试生产齐头并进。
研究始于针对不同电极制造工艺定制粉末、浆料和干粉混合物的配方。Fraunhofer IWS的专有DRYtraec技术在其中发挥着核心作用。这种无溶剂干涂覆方法无需干燥步骤即可将材料压制成稳定的薄膜。它可降低高达30%的能耗，显著减少二氧化碳排放，并通过卷对卷加工实现工业级幅宽。DRYtraec为将创新材料投入大规模生产提供了一条切实可行的途径。
所有生产步骤均在Fraunhofer IWS位于德累斯顿的先进电池技术中心（ABTC）完成。该中心配备了一条灵活的电极制造生产线，采用传统的浆料涂覆或DRYtraec技术，以及干空气激光切割、多层堆叠、热封和成型等工艺，并可选择进行循环老化测试。结合分析和工艺模拟，该设备能够实现从单一来源到最终应用的全流程电池开发。Fraunhofer IWS提供的不仅仅是实验室规模的成果，更是接近实际应用的演示样机。所有电池均经过全面的电化学表征。来自航空航天、无人机技术和电动汽车领域的行业合作伙伴将受益于更低的开发风险、更快的技术转移以及经济高效的电池生产。能量密度超过600瓦时/千克、单位成本低于75欧元/千瓦时的目标触手可及。
目标应用
航空、无人机系统和便携式储能系统对电池的能量重量比有着极高的要求。AnSiLiS和TALISSMAN项目正在开发的电池概念正是为了满足这些需求。通过优化材料、深入分析和工艺驱动开发，锂硫电池有望在传统技术难以胜任的应用领域中得到应用。功能原型预计将在未来几年内验证其预期性能。
