Das MeLuBatt-Konsortium untersuchte poröse Kohlenstoff-Xerogel-Gasdiffusionselektroden (GDEs) für Lithium-Sauerstoff-Batterien und konzentrierte sich dabei auf den Einfluss von Porengröße, Benetzbarkeit und Betriebsbedingungen auf Entladekapazität, Zykluslebensdauer und Nutzungstiefe. Das IFAM stellte Xerogel-GDEs mit Standard-Porendurchmessern von 25-29 nm und einer größeren Variante von 38 nm her. Bei Tests in vollen Zellen an der Universität Gießen lieferten die 38 nm GDEs deutlich höhere Kapazitäten bei vergleichbaren Stromdichten. Bei 500 µA cm-² beispielsweise verdoppelte sich die Entladekapazität fast, wenn die Elektrode länger benetzt wurde, und bei 1500 µA cm-² wurden immer noch beträchtliche Kapazitäten erreicht. Querschnittsaufnahmen zeigten, dass höhere Stromdichten eine tiefere Ablagerung von Li₂O₂ innerhalb der GDE förderten, was eine effizientere Nutzung des Elektrodenvolumens ermöglichte. Diese Beobachtungen deuten darauf hin, dass größere Mesoporen die Ionenpfade verbessern und eine elektrochemisch aktivere Oberfläche freilegen.
In den Experimenten zum Zyklieren von Vollzellen (Arbeitspaket 6) wurden sowohl kapazitätsbegrenzte als auch spannungsbegrenzte Protokolle untersucht. Mit einer Kapazitätsgrenze von 5 mAh g-¹ und einer Stromdichte von 100 µA cm-² absolvierten die Zellen 100 Zyklen ohne messbaren Kapazitätsverlust. Als die Kapazitätsgrenze um das Vierfache erhöht wurde, wurden 50 stabile Zyklen erreicht. Bei spannungsbegrenzten Tests mit 1500 µA cm-² konnten die Zellen mit einer geschützten Lithiumanode nach 100 Zyklen mehr als 5 mAh g-¹ behalten; nach etwa 30 Zyklen war die Kapazität auf etwa die Hälfte des ursprünglichen Wertes gesunken. Diese Ergebnisse zeigen, dass die Zyklenstabilität stark von der Porengröße, der Benetzbarkeit und dem Vorhandensein von Haltezeiten zwischen Entlade- und Ladeschritten abhängt. Die Daten deuten auch darauf hin, dass hohe Stromdichten die Morphologie des Entladeprodukts verändern, so dass ein optimales Gleichgewicht zwischen GDE-Volumen und Nutzungstiefe erforderlich ist, um eine hervorragende Leistung zu erzielen.
Die wissenschaftlichen Meilensteine des Projekts wurden erreicht: Die poröse Kohlenstoff-Xerogel-GDE wurde erfolgreich verarbeitet und in Li/O₂-Zellen integriert, und ihre Leistung wurde in Vollzellenkonfigurationen bewertet. Die Arbeit des Konsortiums wurde von der Bundesregierung mit einem Budget von etwa 306.000 € für Personal, 4,5.000 € für Reisen, 3,6.000 € für Materialien und 9.000 € für Investitionsgüter unterstützt. Die Finanzierung deckte den hohen technischen und wissenschaftlichen Aufwand, der erforderlich war, um die mit der Entwicklung von Metall-Luft-Batterien verbundenen Risiken zu bewältigen.
An der Zusammenarbeit waren mehrere deutsche Forschungseinrichtungen beteiligt. Das IFAM leitete das Design und die Synthese der Xerogel-GDEs. Die Universität Gießen führte die elektrochemischen Tests durch und lieferte Daten zur Benetzbarkeit und den Auswirkungen der Porengröße. Die TU Berlin steuerte Simulationsarbeiten (Arbeitspaket 5) zur Modellierung des Systemverhaltens bei, während das ZSW Elektrolyte lieferte. Das Fraunhofer-Institut für Angewandte Materialien und Grenzflächen (FZJ) und das Institut für Energieumwandlung (MEET) lieferten Metallanoden. Das Konsortium koordinierte sich durch regelmäßige Treffen und Konferenzen, und ein gemeinsamer Übersichtsartikel ist in Vorbereitung, um die Ergebnisse in der breiteren wissenschaftlichen Gemeinschaft zu verbreiten. Zwei von Experten begutachtete Artikel sind bereits erschienen, und die Ergebnisse des Projekts haben weitere Initiativen für Metall-Luft-Batterien und ein Finanzierungsprogramm für kleine Unternehmen angeregt, das sich auf die Zink-Luft-Technologie für die Meerwasseraufbereitung konzentriert.