Zwei Konzepte fester Elektrolyte, welche in Verbindung mit Anoden aus metallischem Lithium die Batteriekapazität und -sicherheit erhöhen

• Antragsteller: Dr. Felix Richter
• Fachliche Zuordnung: Festkörper- und Oberflächenchemie, Materialsynthese
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 265425036

Die Verwendung von metallischem Lithium als Anodenmaterial in Lithium Batterien hat das Potential, deren spezifische Energie und Kapazität um bis zu einer Größenordnung zu erhöhen. Dies würde den Technologien Elektromobilität und Erneuerbare Energien zum marktwirtschaftlichen Durchbruch verhelfen. Noch verhindern technologische Herausforderungen und Sicherheitsrisiken den Einsatz metallischen Lithiums, was insbesondere auf dessen hohe Reaktivität mit den derzeit verwendeten organischen flüssigen Elektrolyten zurückzuführen ist. Elektrolyte in fester Form weisen deutlich höhere Stabilität mit metallischem Lithium auf und vermindern Sicherheitsrisiken. Derzeit verhindern unzureichende mechanische Stabilität oder niedrige Ionenleitfähigkeit deren Einsatz. Die vorgeschlagenen Projekte zielen darauf ab, einen festen Elektrolyten für Lithium Batterien zu entwickeln, welcher zugleich Dendritwachstum verhindert, hohe Leitfähigkeit und mechanische Stabilität aufweist und guten Kontakt zu den Elektroden hält. Das Hauptprojekt des Entwurfs zielt darauf ab, einen der derzeit geeignetsten keramischen Elektrolyten mit bereits hoher Ionenleitfähigkeit in Form eines Verbundmaterials mit einem Polymer mechanisch widerstandsfähiger zu machen bei Erhalt der hohen Leitfähigkeit. Bei der Synthese spielt das sogenannte Nanocasting eine wichtige Rolle bei der Synthese eines keramischen und ionenleitfähigen 3D Gerüsts und dessen Stabilisierung mit einem organischen und flexiblen Polymer. Dieses Verbundmaterial soll durch Schmelzimprägnierung oder in-situ Polymerisation erzeugt werden.In einem zweiten Projekt wird die Machbarkeit eines neuen Ansatzes auf Basis der Ionentrennung zur Erhöhung der Ionenleitfähigkeit fester Polyelektrolyte untersucht. Von einer Ladungstrennung eines Teils der Ionenpaare in einem Polyelektrolyten wird erwartet, dass freie Plätze für die Bewegung von Ionen entstehen, so dass die Ionenleitfähigkeit des Materials erhöht wird. Möglicherweise stellt dies einen neuen Ansatz dar, Polyelektrolyte mit hoher Ionenleitfähigkeit aus quervernetzten Polyelektrolyten herzustellen.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: Großbritannien
• Gastgeber: Professor Dr. Peter Bruce