Study of novel anode materials for lithium ion batteries

• Applicant: Professorin Dr. Julia Kunze-Liebhäuser
• Subject Area: Synthesis and Properties of Functional Materials
• Term: from 2011 to 2015
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 194781815

Dieser Antrag hat die Verbesserung von Lithium Ionen Batterien zum Thema. Dabei sollen konventionelle Anoden durch neue Materialien ersetzt werden. Eine sorgfältige Untersuchung der Materialeigenschaften, die auf die Arbeitsleistung der Batterie Einfluss nehmen, wird stattfinden.Die spezifische Energie von Lithium Ionen Batterien wurde bisher hauptsächlich durch Verbesserungen bei der Herstellung erhöht, wie zum Beispiel durch den Gebrauch leichterer Gehäuse, oder durch die Optimierung des Zelldesigns durch größere Beladung mit aktiven Elektrodenmaterialien. Nun ist eine Grenze erreicht, über die hinaus weitere Erhöhung der spezifischen Energie eine Modifizierung der Zellchemie erfordern. Dabei liegt eine Herausforderung in der Verwendung des Materials, das bezüglich Energie, Leistung, Kosten, Betriebssicherheit, Lebensdauer und Sicherheit bessere Arbeitsleistung zu erbringen vermag als die in herkömmlichen Zellen verwendeten Anoden und Kathoden. Die Chemie von Lithium Ionen Batterien hat sich seit ihrer Vermarktung in den frühen neunziger Jahren nicht wesentlich verändert. Die meisten Hersteller verwenden immer noch Graphitanoden und Lithiumkobaltoxid Kathoden, separiert durch eine flüssige Lithium Salzlösung, wie zum Beispiel LiPF6 in einem organischen Lösemittel. Derzeit können Fortschritte im Bereich der wieder aufladbaren Lithium Batterien nur durch einen Durchbruch beim Einsatz von Elektroden- und Elektrolytmaterialien erzielt werden [1].Dieses Projekt sieht den Einsatz von Titandioxid Nanoröhren als Anodenmaterial vor, dabei soll Graphit, ein klassisches Anodenmaterial, als Referenz untersucht werden. Die Lade- und Entladecharakteristika beider Komponenten sollen elektrochemisch analysiert werden. Die Bildung einer Fest- Flüssig-Grenzfläche (Solid-Electrolyte-Interface (SEI)), die kristallographische Struktur, die Chemie der Oberfläche und das Oberflächenpotential während der Einlagerung von Lithium wird mittels Röntgenbeugung (XRD), Röntgeninduzierter Photoelektronenspektroskopie (XPS) und Rastersondenmethoden (SPM) untersucht werden. Um einen tiefgehenden Einblick in die Einlagerungs- und Auslagerungsreaktionen zu erhalten, kommen klassische Rastersondentechniken wie elektrochemische Rastertunnelmikroskopie und Rasterkraftmikroskopie (EC-STM und EC-AFM), sowie „Rasterelektrodenpotential“ Mikroskopie (SECPM), eine Methode zur Abbildung des Elektrodenpotentials, zum Einsatz.

• DFG Programme: Research Grants
• International Connection: Austria