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Transportprozesse an Phasengrenzen zwischen Flüssig- und Festelektrolyten

• Li+-Transfer zwischen festen und flüssigen Li+-Elektrolyten
• Einsatz von „Hybridelektrolytsystemen“: fest/flüssig und organisch/wässrig
• Aufklärung der Ladungstransferkinetik
• Optimierte Li-Luft-, Metall-Luft- und Li-S-Batteriesysteme

Für post-Lithium-Ionen Batterien, wie Lithium-Schwefel- oder Lithium-Luft-Zellen ist es von Vorteil, die Kathode und die Anode mit Hilfe eines Festelektrolyten räumlich zu trennen. Somit können speziell auf die elektrochemischen Bedingungen der einzelnen Elektroden angepasste Elektrolyte verwendet werden, ohne dass sich diese durchmischen können. Außerdem können so interne Kurzschlüsse, bedingt durch Dendritenwachstum, verhindert werden.
Die Implementierung eines Festelektrolyten bedingt jedoch neue Phasengrenzen, welche den Gesamtwiderstand der Zelle erhöhen und demzufolge das Potential verringern. Der Ladungstransferwiderstand an der fest/flüssig Grenzfläche ist von verschiedenen Faktoren, wie beispielsweise den eingesetzten Materialien, der Konzentration des flüssigen Elektrolyten und der Temperatur abhängig.
Zur Aufklärung der Ladungstransferkinetik an einer fest/flüssig Grenzfläche wurde eine spezielle elektrochemische Zelle entworfen, mit welcher sich der Potentialabfall messen lässt. Zur Charakterisierung der Eigenschaften werden verschiedene elektrochemische Messmethoden, wie DC Polarisations-messungen oder die Impedanzspektroskopie, eingesetzt.

[1] M. Schleutker, J. Bahner, C. Tsai, D. Stolten and C. Korte, Phys. Chem. Chem. Phys., 2017, DOI: 10.1039/C7CP05213H