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Forschungsaktivitäten

Feststoffbatterien mit Lithiummetall und Polymeren Schutzschichten

Im Projekt FLiPS werden Polymere als Schutzschichten in Feststoffbatterien mit Lithiummetall und anorganischem Festelektrolyten eingesetzt. Die Entwicklung dieser Schutzschichten soll die Herstellung, Stabilität und Leistung der Batterien erhöhen.

Meine Motivation ist die Vorstellung, dass wir in Zukunft unseren Energiebedarf durch erneuerbare Energien decken können. Ein wichtiges Problem erneuerbarer Energien ist, dass ihre Erzeugung zeitlich nicht an den Energiebedarf der Verbraucher angepasst werden kann. Deshalb spielen Energiespeicher eine zentrale Rolle, da sie geladen und entladen werden können, je nachdem, ob gerade Energieangebot oder Energiebedarf überwiegt. Die Lithium-Ionen-Batterie mit Flüssigelektrolyt ist derzeit die beste Technologie für mobile Anwendungen, um elektrischen Strom ohne große Verluste zu speichern und jederzeit wieder abzurufen. Dadurch ermöglichen uns Lithium-Ionen-Batterien den alltäglichen Umgang mit vielen transportablen elektronischen Geräten, finden aber auch Einsatz in stationären Energiespeichern. Sie werden aller Voraussicht nach auch für die Elektromobilität und Energiewende unabdingbar sein.
Allerdings werden heutige Lithium-Ionen-Batterien mit Flüssigelektrolyt ihr theoretisches Leistungs-potential in nicht allzu ferner Zukunft erreichen. Im Gegensatz dazu versprechen Feststoffbatterien, welche ohne Flüssigelektrolyt auskommen, einen weiteren Sprung in der Entwicklung von elektro-chemischen Energiespeichern. Dies gilt insbesondere, wenn Lithiummetall als negative Elektrode verwendet wird, da es das Anodenmaterial mit der höchsten Energiedichte ist. Mein Gesamtziel im Rahmen von FLiPS ist es, die Basis für die Entwicklung eines Prototyps einer sicheren und leistungsfähigeren Alternative zu Lithium-Ionen-Batterien bilden. Insbesondere im Kathodenkomposit sind die hohen Leitfähigkeiten von anorganischen Festelektrolyten nötig, aber der Übertritt von Lithiumionen an den Grenzflächen zu den Aktivmaterialien ist noch zu langsam. Hier sollen die Polymere Zwischenschichten darstellen, die chemisch und mechanisch die Kontakte erhalten und den schnellen Transfer der Lithiumionen. Nur wenn der Innenwiderstand der Zellen gering ist und bleibt, werden sich leistungsfähige Feststoffbatterien etablieren.

Skizze Feststoffbatterie

Skizze einer Feststoffbatterie, welche Polymere Schutzschichten an Anode und Kathode verwendet, sowie mit Binderpolymeren stabilisiert ist.
Skizze Feststoffbatterie
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Gehäuse Feststoffbatterie

Zellgehäuse der Modellzellen, die für die Entwicklung der Festsoffbatterien verwendet werden.
Gehäuse Feststoffbatterie
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