Li-Ionen-Batterien

Li-Ionen-Batterien stehen im Mittelpunkt weiterer Forschungsaktivitäten.

Wir untersuchen die atomaren Strukturen von Kathoden- und Anodenmaterialien sowie Festkörperelektrolyten im Hinblick auf ihre Lithium-Speicher- und Transporteigenschaften. Besonderes Augenmerk legen wir auf die Luft- und Strahlungsempfindlichkeit dieser Materialien.

Die globale Erwärmung, die mit dem Treibhauseffekt einhergeht, der durch den massiven Ausstoß von CO₂ in die Atmosphäre verursacht wird, ist heute eines der Schlüsselprobleme nicht nur für Industrie und Forschung, sondern auch für die Gesellschaft. Um das ehrgeizige Ziel der Klimaneutralität bis 2050 zu erreichen, muss der Mobilitäts- und Energiesektor umgestaltet werden. Die Weiterentwicklung von elektrischen Energiespeichern spielt dabei eine wichtige Rolle.

Moderne Batteriesysteme, die in Elektrofahrzeugen zum Einsatz kommen, sollten umweltfreundlich (Vermeidung toxischer Komponenten und Berücksichtigung von Recyclingverfahren), kostengünstig, zuverlässig, sicher, einfach zu erstellen und zu warten sowie moderat in Gewicht und Volumen sein und eine hohe Energie- und Leistungsdichte in Verbindung mit einer langen Lebensdauer und Stabilität aufweisen. Das mikrostrukturelle, nanostrukturelle und chemische Design der Batteriematerialien sowie die Veränderungen, die während der Alterung der Batteriematerialien auftreten und zum Verlust der optimalen Leistung führen, stehen im Mittelpunkt unserer Untersuchungen. Ziel ist es, die Wissensbasis für eine schnelle und gezielte Entwicklung von Anoden, Kathoden und Elektrolyten zu schaffen.

Die Vernetzung von Morphologie und Struktur der Materialien mit der Syntheseroute und den funktionellen Eigenschaften öffnet die Tür zum intelligenten Design von Materialien. Die Möglichkeiten zur Feinabstimmung der Batteriematerialien auf die beabsichtigten Anwendungen und Betriebsparameter hängen direkt von einem zuverlässigen Einblick in die strukturelle und chemische Organisation der Materialien ab. Die Untersuchung der Materialien im frischen und im gebrauchten Zustand beruht auf multiskaligen und quantitativen Daten, die in rasterelektronenmikroskopischen (SEM) und transmissionselektronenmikroskopischen (TEM) Untersuchungen gewonnen werden. Darüber hinaus führt die Anwendung modernster In-situ-Untersuchungen zu einem tieferen Verständnis der Funktions- und Alterungsprozesse, die in den Werkstoffen unter realistischen Bedingungen ablaufen.

Der beschriebene Ansatz ist nur in einem multidisziplinären Forschungsumfeld möglich, da das disziplinübergreifende Forschungsgebiet einen Hintergrund in fortgeschrittener Mikroskopie, (Elektro-)Chemie, Physik und Materialwissenschaft erfordert.

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https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S037877532030029X