Juli 2019

Wiederaufladbare Metall-Sauerstoff-Batterien gelten als eine mögliche Technologie für den Einsatz in zukünftigen Energiespeichern. Besonders Alkalimetall-Sauerstoff-Batterien, wie zum Beispiel Lithium-Sauerstoff-Batterien, stehen vor allem wegen ihrer hohen theoretischen Energiedichte im Fokus von Industrie und Forschung. Da das während des Entladens gebildete Lithiumperoxid als Feststoff an der Kathodenstruktur ausfällt, spielen das Kathodendesign und das Verständnis über den Wachstumsmechanismus eine entscheidende Rolle, um eine maximale Energiedichten zu erzielen. Aus diesem Grund wird im BMBF-Verbundprojekt MeLuBatt – in enger Zusammenarbeit mit dem Institut für Energie- und Systemverfahrenstechnik (InES) der TU Braunschweig und dem Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung (IFAM) in Oldenburg – derzeit das Wachstumsverhalten des Entladeprodukts in der Kathode von Lithium-Sauerstoff-Batterien untersucht. Das REM-Bild zeigt eine vergrößerte Kohlenstofffaser der Kathode, auf der sich toroidähnliche Li2O2-Partikel gebildet haben. Die Größe und Partikeldichte dieser Toroide ist dabei stark von der Verfügbarkeit an gelöstem Sauerstoff im Elektrolyten abhängig: Bei größerer Sauerstoffverfügbarkeit (auf der O2-Reservoirseite; oben im Bild) werden wenige, dafür aber deutlich größere Toroide gebildet, während tiefer im Elektrolyten (auf der Separatorseite; unten im Bild) die Toroide kleiner sind, jedoch in einer größeren Dichte aufwachsen. Das Diagramm verdeutlicht schematisch, wie die Größe und Dichte der Toroide von der O2-Verfügbarkeit im Elektrolyten, entlang einer Kohlenstofffaser, abhängen. (Bild eingereicht von Julian Kreißl, Daniel Langsdorf und Daniel Schröder).