Team Festkörperbatterien

In der Arbeitsgruppe „Festkörperbatterien“ werden keramische Batterien als zukünftige Energiespeichertechnologie erforscht. Die Forschung und Entwicklung reicht von neuartigen Werkstoffen über die Herstellung von Komponenten über pulvertechnologische, nasschemische und weitere Verfahren bis zum Aufbau kompletter Batterien.

Die lange Erfolgsgeschichte der Lithium-Ionen Batterie setzt sich mit den neu aufkommenden Einsatzgebieten im Bereich der Elektromobilität und der stationären Energiespeicher weiter fort. Auch in herkömmlichen Anwendungen wachsen die Anforderungen an Sicherheit sowie Energie- und Leistungsdichte weiter an.

Die Forschung muss darauf mit der Weiterentwicklung bekannter Technologien aber auch gezielter Untersuchung neuer, disruptiver Konzepten regieren, hierbei sollte die Anschlussfähigkeit zur Industrie stets ein Entwicklungsziel sein. Dies sind die drei Forschungsprämissen des Teams Festkörperbatterien am IEK-1 des Forschungszentrums Jülich.

Ein Trend, der sowohl die Sicherheit als auch die Energie- und Leistungsdichte von Batterien verbessern soll, ist der Übergang von Flüssig- bzw. Polymerelektrolyten hin zu Festkörperionenleitern. Der Ansatz ist hierbei, Zellen hoher Kapazität herzustellen, welche bei Raumtemperatur nur Materialien im festen Aggregatszustand enthalten. Diese intrinsisch sicheren Zellen, da auslaufsicher und temperaturstabil, können z.B. mittels oxidkeramischer Li-Ionenleiter wie Li₇La₃Zr₂O₁₂ (LLZ) hergestellt werden. Mit Schichtdicken ähnlich denen in herkömmlichen Li-Ionenbatterien, liegt der Forschungsschwerpunkt bei unseren Festkörperbatterien vor allem in der Herstellung geeigneter Ausgangspulver, Halbzeuge und Funktionsschichten sowie dem eigentlichen Zellbau. Dafür stehen uns ein langjähriges know-how und ein großes Portfolio an keramischen Herstellungs- und Prozessierungsverfahren zur Verfügung, welche die unterschiedlichsten Materialkombinationen und die Herstellung verschiedenster Zelltypen ermöglichen

Dies ermöglicht uns, Zellen gezielt an die Bedürfnisse unserer Partner in Forschung und Industrie anzupassen. Gerne können Sie uns für ausführlichere Informationen kontaktieren.

Forschungsschwerpunkt
Li und Na Batterien – keramische Ionenleiter für Batterien der nächsten Generation

• Festkörperbatterien (Elektrolyt, mischleitende Kathode und Anoden, Halb- und Vollzellenbau)
• Funktionale Komponenten für Li-Luft und Li-S (Anodenschutzschichten, Li-Selektive Separatoren)

Methoden:

• Herstellung keramischer Pulver in großen Mengen (Festkörperreaktion, Sprühpyrolyse,...) und deren Verarbeitung (Folienguß, Siebdruck, Tauchbeschichtung,…)
• Begleitende Analyse mittels physikalischer Röntgen-, Elektronen-, Ionen- und Neutronenbasierter Verfahren (XRD, SEM, TEM, SIMS, RBS, NRA, nDiffr., QENS,…) sowie elektrochemischer Verfahren (EIS, CV, Lade-Entlade Kurven,…)