Lithiumreiche Anti-Perowskite mit hoher spezifischer Kapazität als neue Kathodenmaterialien für Lithium-Ionen-Batterien

• Antragsteller: Dr. Nico Gräßler; Professor Dr. Rüdiger Klingeler
• Fachliche Zuordnung: Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien ; Experimentelle Physik der kondensierten Materie ; Festkörper- und Oberflächenchemie, Materialsynthese
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 516651026

Das vorliegende Projekt adressiert eine neue Klasse von lithiumreichen Elektrodenmaterialien, antiperowskitische Oxychalkogenide (Li2M)ChO (M = Fe, Co, Mn; Ch = S, Se), deren hohe spezifische Kapazitäten sie in Kombination mit einfachen Synthesewegen und preiswerten Edukten zu einer vielversprechenden Alternative zu konventionellen Elektrodenmaterialien macht. Die ersten Studien zu dieser erst 2017 für die Energiespeicherung entdeckten Materialklasse zeigen neben hohen praktischen spezifischen Kapazitäten jedoch geringe Zyklenstabilitäten, was die Notwendigkeit systematischer Studien unterstreicht, um die Materialklasse für Anwendungen zu nutzbar zu machen. Das zentrale Projektziel ist die Erschließung des Potentials lithiumreicher Anti-Perowskite für elektrochemische Energiespeicher durch Optimierung sowohl der Materialien selbst als auch der Elektrodenherstellung, sowie die Hochskalierung der Synthesewege als nächster Schritt für eine kommerzielle Verwertung. Relevante Optimierungsziele sind die Erhöhung der Zellkapazität sowie der Zyklenlebensdauer bei der Rate 1C. Diese Ziele werden erreicht durch die Optimierung der Materialien hinsichtlich Partikelgröße, Morphologie, Mikrostruktur, Kohlenstofffunktionalisierung, die Verwendung verschiedener Metallzentren (Fe, Co, Mn) und deren Mischreihen, die Untersuchung des Anioneneinflusses (S und Se) auf die elektrochemischen Prozesse und der Dotierung mit nichtaktiven Metallzentren (Zn, Cu, Mg, Al) auf die Zyklenstabilität. Neben der Synthese ist die breite Palette an Methoden zur physikalisch-chemischen bzw. elektrochemischen Charakterisierung und zur Aufklärung der elektrochemischen Mechanismen eine weitere Stärke der Projektpartner, wobei unsere direkten Vorarbeiten zu den lithiumreichen Anti-Perowskiten die Machbarkeit des Projektes und die gute Zusammenarbeit zeigen und gleichzeitig das Arbeitsprogramm strukturiert haben.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich(e): Dr. Silke Hampel