Neuartige keramisch-polymere Hybridelektrolyte für Li-Ionen Feststoffbatterien: Abhängigkeit des Ionentransports von Grenzflächenstruktur und Morphologie

• Antragsteller: Professor Dr. Oliver Clemens; Professor Dr. Wolfram Jaegermann, seit 2/2020; Professor Dr. Matthias Rehahn
• Fachliche Zuordnung: Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien ; Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 336986971

Auf Li-Ionen Technologie basierende Feststoffbatterien sind vielversprechende Kandidaten für sichere und stabile Energiespeichersysteme mit einer hohen Energiedichte. Ein großes Problem für die Entwicklung derartiger Systeme ist die Herstellung geeigneter Kompositelektroden. In diesem Zusammenhang werden Material- und Prozesslösungen benötigt, die die Herstellung von elektrisch gut leitfähigen und elastisch verformbaren Elektroden ermöglichen, um ohmsche Verluste sowie die Desintegration zu minimieren. Darüber hinaus sollte der Elektrolyt nur für Li-Ionen leitfähig sein, um Polarisationseffekte zu vermeiden.Der vorliegende Projektantrag hat zum Ziel, neuartige anorganisch-organische Hybridfest-stoffelektrolyte für den Einsatz in Li-Ionenfeststoffbatterien zu untersuchen, in erster Linie als Katholyt. Konzeptionell vereinen diese hybride Elektrolyte die Vorteile von kristallinen Feststoff-elektrolyten (hohe Leitfähigkeit) mit den Vorteilen von polymeren Elektrolyten (elastische Verformbarkeit). Eine wesentliche Herausforderung für ein solches Konzept ist es, durch geeignete Volumen und Oberflächeneigenschaften der verschiedenen Komponenten im Komposit Pfade hoher Leitfähigkeit zu erzeugen.Unsere Strategie in diesem Projekt ist, die Eigenschaften von Polyelektrolyten zu verbessern, und mit kristallinen Elektrolytpartikel geeigneter Morphologie und Oberflächenchemie zu kombinieren, um Komposite mit entsprechend hoher Li-Ionenleitfähigkeit und den erwünschten mechanischen Eigenschaften herzustellen. Die Oberflächenchemie der Elektrolytpartikel soll hierbei durch ultra-dünne Schichten verändert werden, um den Ionentransport durch (und entlang) der Keramik-Polymergrenzflächen zu optimieren. Ein vorrangiges Ziel des Projekts ist es, den Zusammenhang sowohl von Grenzflächenstruktur als auch Morphologie mit der Leitfähigkeit zu etablieren. Um die grenzflächenbezogenen Transportphänomene zu verstehen, sollen fundamentale Untersuchungen bezüglich Bildung und Eigenschaften der Grenzflächen an 2-dimensionalen Modelsystemen (Schichtstapeln) durchgeführt werden, die mittels oberflächenphysikalischen und elektrochemischen Methoden charakterisiert werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Professor Dr.-Ing. Horst Hahn
• Ehemaliger Antragsteller: Dr. René Hausbrand, bis 1/2020