Quantenchemische Charakterisierung der Lithiierungsreaktionen von Schwefeloberflächen in Li-S-Batterien

• Antragsteller: Dr. Pouya Partovi-Azar; Professor Dr. Daniel Sebastiani
• Fachliche Zuordnung: Theoretische Chemie: Moleküle, Materialien, Oberflächen ; Theoretische Chemie: Elektronenstruktur, Dynamik, Simulation
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 446879138

Schwefel besitzt neben einer hohen Verfügbarkeit eine recht hohe spezifische Aufnahmefähigkeit für Lithium (1675mAh/g). Aus diesem Grund gilt Schwefel als eines der vielversprechenden Materialien für die Speicherung/Konversion von regenerativen Energien. Derzeit verfügbare Li-S-Batterien leiden unter einer niedrigen zyklenbasierten Lebensdauer, was ihren Anwendungsbereich derzeit noch begrenzt. Aus chemischer Sicht liegen diesem Problem vor allem die Bildung von Li-Polysulfiden zugrunde, die bei Lade-/Entladevorgängen von der Elektrode in den Elektrolyten abdiffundieren und zu einer entsprechenden Kapazitätsreduktion führen.Ziel dieses Projeks ist die theoretische Modellierung (quantenchemischen Rechnungen und Molekulardynamik-Simulationen) von Lithiierungsreaktionen der bei Standardbedingungen stabilsten Schwefel-Polymorphe (orthorhombischer Alpha-Schwefel). Hierbei sollen verschiedene Oberflächen betrachtet werden, die die häufigsten Modifikationen des kristallinen Alpha-Schwefels darstellen. Fokus des Projekts ist die Analyse der strukturellen Folgen der Lithiierungsreaktionen bei den unterschiedlichen Schwefeloberflächen. Hierdurch sollen Ideen entwickelt werden, wie die Schwefeloberfläche hinsichtlich der Zyklen-Lebensdauer optimiert werden kann, insbesondere im Hinblick auf die Reduktion der Bildung der Lithium-Polysulfide. Zwecks Validierung der erhaltenen Strukturen sollen die quantenchemischen Rechnungen und Molekulardynamiksimulationen weiterhin mit der Berechnung spektroskopischer Parameter (IR, Raman) kombiniert werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen