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Projekt
Strahlschichtprozessierung zur Strukturierung von leitfähigen Hetero-Batterieaggregaten
Antragsteller
Professor Dr.-Ing. Stefan Heinrich
Fachliche Zuordnung
Chemische und Thermische Verfahrenstechnik
Förderung
Förderung seit 2021
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 462397288
Hauptziel dieser Forschungsarbeit ist die Ermittlung der optimalen Verarbeitungsbedingungen für Wirbel- und Strahlschichten, um einerseits aktive Materialien mit einer leitenden Lithium-Ionen-leitenden Schicht trocken zu beschichten und Verbundwerkstoffe für leitende Batterie-Heteroaggregate in ASSBs herzustellen. Es sollen im Rahmen des Projekts sowohl die Beschichtung als auch die Herstellung von Verbundwerkstoffen für eine großtechnische Fertigung hochskaliert werden. Zu den vorgeschlagenen Materialien für diese Verbundwerkstoffe gehören Lithiumeisenphosphat, Lithiummetalloxide, Ruß, Lithiumindiumchlorid, Lithiumniobat und Argyrodit. Im Mittelpunkt stehen CFD-DEM-Simulationen, die als Grundlage für die Konstruktion größerer Wirbel- oder Sprühbetten dienen sollen. Das übergeordnete Ziel ist die Schaffung eines theoretischen Rahmens für die Herstellung von trockenen Beschichtungen und Verbundwerkstoffen in Wirbel- und Strahlschichten, der als Grundlage für die Ausweitung der industriellen Produktion dienen soll. Wissenschaftliche Schlüsselfragen: - Untersuchung der Frage, wie die Beschichtung das aktive Material schützt und welche Rolle die Mikrostruktur und die Dicke der Beschichtung spielen. - Verstehen des mechanistischen Prozesses der Heteroaggregatbildung. - Untersuchung der Auswirkungen des Abstands von Platte und Düse auf die Heteroaggregate und Modellierung dieser Auswirkungen in Simulationen. - Untersuchen Sie, wie der Mikrostrahl Energie einbringt und welchen Einfluss er auf Heteroaggregate hat. - Analyse des Zusammenhangs zwischen der Struktur von Heteroaggregat-Verbundwerkstoffen und ihren elektrochemischen Eigenschaften. Arbeitsprogramm: 1. WP1: Entwurf und Modifizierung einer Glovebox speziell für Wirbelschicht- und Strahlschichtstudien, unter Berücksichtigung der Verwendung von gefährlichen Materialien wie NMC und spezifischen Festelektrolyten. 2. WP2: Einsatz eines Wirbelbetts mit Strahlunterstützung zur Beschichtung von NMC mit LIC und LiNbO3. In dieser Phase wird auch die Qualität der Beschichtung durch SEM-EDX und andere Techniken bewertet, um die optimalen Parameter für den Beschichtungsprozess zu bestimmen. 3. WP3: Untersuchung der Mikrostruktur der hergestellten Heteroaggregate mit Hilfe von Techniken wie FIB-SEM-Tomographie und TEM-Tomographie. 4. WP4: Entwicklung eines Modells zum Verständnis und zur Vorhersage der Heteroaggregatbildung. Das Modell wird Daten aus früheren Phasen und Simulationen einbeziehen. 5. WP5: Scale-up der Fluidisierungsanlage. Dieser Prozess wird mit Hilfe des Populationsbilanzmodells (PBM) modelliert, wobei das Dyssol-Framework als primäres Werkzeug dient. Insgesamt umfasst dieser Forschungsvorschlag die gesamte Prozesskette der Wirbelschichtverarbeitung für Batteriematerialien, vom ersten Entwurf und der Modifizierung bis hin zur großtechnischen Produktion, gestützt auf strenge wissenschaftliche Analysen und Simulationen.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
