Erforschung der Grenzflächen in Lithiumionen-Feststoffbatterien

• Antragsteller: Dr. Matthias Friedrich Groh
• Fachliche Zuordnung: Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung ; Festkörper- und Oberflächenchemie, Materialsynthese ; Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 407920685

Die vollständige Energiewende unserer Gesellschaft gelingt nur bei rechtzeitiger Entwicklung sicherer, zuverlässiger und preiswerter Energiespeicher. Allerdings basieren die aktuell kommerziell dominierenden Lithiumionenbatterien zumeist auf flüssigen Ionenleitern die giftig und brennbar sind.Eine vielversprechende Alternative stellen Feststoffelektrolyte (FEs) dar, deren Verwendung sogenannte Feststoffbatterien (FBs) ermöglicht. Im Gegensatz zu flüssigen Ionenleitern, zeichnen sich FEs durch deutlich geringere Entflammbarkeit und Giftigkeit aus. Bisher sind allerdings die Mechanismen, die für Lithiumionenleitfähigkeit in festen Stoffen und über die Grenzflächen hinaus verantwortlich sind, genauso wenig erforscht wie die Strukturen und Verbindungen, die sich an diesen Grenzflächen während Herstellung und Betrieb der FBs bilden. Auch ist wenig bekannt, wie sich die mikroskopische Beschaffenheit der Ausgangsstoffe in den FBs auf die Leistungsfähigkeit auswirkt.Das Hauptziel dieses Forschungsprojektes ist es, einen tieferen Einblick in die Reaktionsmechanismen an den Grenzflächen innerhalb der FBs zu erhalten, um deren Leistungsfähigkeit gezielt erhöhen zu können. Der Fokus liegt auf realistischen Kompositen aus elektrochemisch aktiven Materialien und FEs statt nur die Einzelkomponenten zu betrachten. Der kombinierte Einsatz von Festkörper-NMR-Spektroskopie, Pulverröntgendiffraktometrie und Elektronenmikroskopie ermöglicht dabei die Aufklärung der auftretenden Grenzflächenprozesse auf dem mikroskopischen bis atomaren Level während der Herstellung bzw. des Betriebs der FBs. Das Verständnis dieser Mechanismen bildet die Grundlage für optimierte FBs mit verbesserter Speicherfähigkeit, Lebensdauer und Ladegeschwindigkeit.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: Großbritannien
• Gastgeberin: Professorin Dr. Clare P. Grey