Entwicklung verbesserter Lithiumionenbatterien (LIB) durch die Verwendung geladener lithiumionenhaltiger organischer mikroporöser Polymernetzwerke als Polyelektrolyten

• Antragstellerin: Dr. Sabrina Fischer
• Fachliche Zuordnung: Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 289499427

Eine LIB besteht aus Elektroden, oft einer Graphitanode und einer Lithium-Metall-Oxid-Kathode wie LiCoO2 oder LiMn2O4 und einem Elektrolyt, der den Lithiumionentransport von der einen zur anderen Elektrode gewährleistet. Die Koordination der Ionen in bestehenden Elektrolyten ist dabei entscheidend für die Lithiumleitfähigkeit und die daraus folgende Energiedichte der LIBs. Daher werden oft schwach koordinierende Anionen, sog. WCAs, insbesondere Borate, als Gegenionen zu den Lithiumionen verwendet. Geladene mikroporöse Polymernetzwerke sog. Li-ABNs bestehen aus vernetzten anionischen borathaltigen WCA-Einheiten, welche eine äußerst schwache Koordination zu den Lithiumionen, die in den Poren sitzen, aufweisen. Darüber hinaus soll ein neuer Syntheseweg zur Bildung eines löslichen geladenen mikroporösen Polymernetzwerks auf dem Prinzip der PIMs vorgestellt werden. Dieses Polymer, genannt WCA-PIM, soll aus Spirobifluoren- und Borat-WCA-Einheiten aufgebaut sein, mit Lithiumionen in den Poren. Aufgrund der guten Löslichkeit dieses Polymers in Lösungsmitteln soll die Synthese von Membranfilmen vereinfacht werden. Ebenfalls sollen Gelpolymerelektrolyte durch Aufquellen der Polymere in Lösungsmitteln gebildet werden. Eine hohe ionische Leitfähigkeit der Lithiumionen für diese Polymere wird erwartet. Daher stellen diese Polymere geeignete Polyelektrolyte dar. Bei der Verwendung dieser Polymere als Elektrolyten soll es zu einer Verbesserung der Sicherheit, der Leistungs- bzw. Energiedichte und der Lebensdauer der Batterie kommen.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: USA
• Gastgeberin: Professorin Dr. Sarah H. Tolbert