Untersuchung des Einflusses von nanoskaligen Füllstoffen auf die Eigenschaften von Elektrolyten für Lithium-Ionen-Zellen

• Antragsteller: Dr. Andreas Hofmann
• Fachliche Zuordnung: Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung ; Polymermaterialien
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 245320854

In dem beantragten Fortsetzungsprojekt zum Thema Untersuchung des Einflusses von nanoskaligen Füllstoffen auf die Eigenschaften von Elektrolyten für Lithium-Ionen-Zellen sollen bisher nur unzureichend untersuchte Hybridmaterialien erforscht und als neue Elektrolyt-Separator-Materialien für den Einsatz in Lithium-Ionen-Zellen getestet werden. Das übergeordnete Ziel des Projektes ist es, die in der ersten Förderperiode erfolgreich neu entwickelte Substanzklasse der Partikel-IL-Hybridmaterialien (IL = ionische Flüssigkeit) grundlegend wissenschaftlich zu untersuchen. Es soll insbesondere die Fragestellung aufgeklärt werden, ob und in welchem Maße (z.B. mögliche Performance, Temperaturbereich) sich die neuen Nanopartikel-IL-Hybridmaterialien als reine Feststoffelektrolyte eignen und einen Sicherheitsmehrwert in der Lithium-Ionen-Zelle leisten können.Die Hybridmaterialien bestehen im Wesentlichen aus polymerisierbaren Füllstoffen, polymerisierbaren ionischen Flüssigkeiten und Leitsalzen. Im Verlauf des Projektes soll ein vertieftes Verständnis der neuen Materialien hinsichtlich Mechanismen der Leitfähigkeit bzw. Lithiumionenbeweglichkeit erlangt und die Lithiumbeweglichkeit deutlich verbessert werden, so dass diese Hybridmaterialien als Elektrolyte eingesetzt werden können. Die elektrochemischen und physikalischen Untersuchungen sollen unter anderem der Aufklärung von Struktur-Wirkungsbeziehungen dienen, da entsprechende Modelle bisher fehlen und eine Vorhersagbarkeit zu einzelnen Wirkungsweisen deshalb aktuell nicht möglich ist. Die Verwendung toxikologisch unbedenklicher Füllstoffe kann zu dem oft geforderten Bestreben nach der Verwendung umweltfreundlicherer Materialien beitragen. Im Rahmen des Projektes sollen ausgewählte Einflussfaktoren auf das Grundpolymergerüst, in welches die Füllstoffe kovalent eingebaut sind, grundlegend erforscht werden. So ist geplant, den Anteil an positiven Kationenzentren in der Polymerstruktur gezielt zu verändern und diese unterschiedlich stark abzuschirmen. Zusätzlich sollen Additive untersucht werden, die Lithium-Ionen bzw. die entsprechenden Anionen komplexieren und dadurch die Lithiumbeweglichkeit verändern können. Vervollständigt werden die Untersuchungen durch Zelluntersuchungen und die Bestimmung physikalisch-chemischer Kenngrößen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Professor Dr.-Ing. Thomas Hanemann