Ein vollständig festkörperbasierter Li-Ionen-Akku, bestehend aus einer neuartigen porösen Si-Anode, NCM-Kathode und einem effizienten Polymer/Mineralpartikel Festelektrolyten.

• Antragsteller: Professor Dr. Rainer Adelung
• Fachliche Zuordnung: Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 546658628

Das gemeinsame DFG-Projekt zielt darauf ab, Fortschritte bei All-Solid-State Lithium-Ionen-Batterien (ASSLIBs) mit hoher Energiedichte zu erzielen, mit einem Schwerpunkt auf Grundlagenforschung. Die National Taiwan University (NTU) und die Christian-Albrechts-Universität (CAU) steuern ihr Fachwissen bei, wobei die NTU den Schwerpunkt auf ingenieurwissenschaftliche Aspekte legt und die CAU grundlegende Forschungsfragen vertieft. Die Hauptziele der NTU umfassen die Entwicklung einer effektiven A-CEI-Beschichtung für Ni-reiche NCM-Kathoden, die mit einem Solid Polymer Electrolyte (SPE) auf Basis von PEO(/PVDF) kompatibel ist. Dies beinhaltet die Erkundung von flüssig vermittelten Beschichtungsprozessen für eine Zwischenschicht von LixMClyFz und die Untersuchung von Korrelationen zwischen der Menge an F-Dotierung und den elektrochemischen Eigenschaften von LixMClyFz-Festkörperelektrolyten (SEs). Zusätzlich strebt die NTU an, PEO-basierte Verbund-SPEs mit Tonen als Füllstoffen zu entwerfen, um eine Raumtemperatur-Li-Ion-Leitfähigkeit von ≥1,0 mS/cm und hohe mechanische Festigkeit zu erreichen. Die Forschungsfragen beziehen sich auf das Verständnis der Zusammenhänge zwischen der Menge an F-Dotierung und den elektrochemischen Eigenschaften von LixMClyFz SEs sowie dem Verständnis, wie Lösungsmittel mit Ni-reichen NCM-Kathoden interagieren und den Kristallisationsmechanismus von LixMClyFz beeinflussen. Die Beiträge der CAU konzentrieren sich darauf, die Grundlagen chemisch und mechanisch stabiler Grenzflächen zwischen P-Si und SPE sowie deren Erzeugung zu verstehen. Dies umfasst die Charakterisierung der Grenzfläche mit und ohne mechanische Verriegelung über mehrere Zyklen sowie die Untersuchung des Einflusses von chemischen Grenzflächenmodulationen auf den ionischen Kontaktwiderstand und die Langzeitstabilität. Die CAU erforscht auch die Plastizität der lithiierten Anode und untersucht, wie externe Stimuli die Plastizität der lithiierten Anode beeinflussen, sowie Wechselwirkungen von anfänglicher Porosität, C-Rate, Zellendruck, Zeit und Temperatur auf geometrische Veränderungen der Si-Anode sowie den Einfluss des Zyklusprotokolls auf die Langzeitstabilität. Gemeinsam gehen NTU und CAU auf Forschungsfragen ein, die sich auf die rate-limiting Mechanismen und das Zusammenspiel der ASSLIB-Komponenten (NMC, PSE, P-Si), die Klassifizierung von Degradations- und Nebenreaktionen sowie die Untersuchung von Alterungsphänomenen beziehen, wie etwa Veränderungen in der Kristallinität von SPE, Si und NMC. Um diese Forschungsfragen anzugehen, liegt ein Schwerpunkt auch auf operando-Analytik, einschließlich Messungen am Synchrotron. Das übergreifende Ziel des Projekts besteht darin, zur Entwicklung von ASSLIBs mit hoher Energiedichte beizutragen, Sicherheitsbedenken im Zusammenhang mit herkömmlichen LIBs zu adressieren, indem flüchtige organische Flüssigelektrolyte durch Festelektrolyte ersetzt werden, und somit das Gebiet der Energiespeichertechnologie voranzutreiben.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Taiwan
• Partnerorganisation: National Science and Technology Council (NSTC)
• Kooperationspartner: Professor Nae-Lih Wu, Ph.D.