Synthese und Charakterisierung von Papier-artigen, nanostrukturierten Elektroden für Sekundärbatterien

• Antragsteller: Professor Dr. Joachim Bill
• Fachliche Zuordnung: Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
• Förderung: Förderung von 2011 bis 2016
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 208744363

Das Hauptziel dieses Projekts besteht in der Entwicklung papierartiger Elektroden mit verbesserter Funktionalität zum Einsatz in Lithiumionen-Battererien. The Schichtstruktur dieser Nanokomposite ist konzipiert, um die hervorragende mechanische/chemische Stabilität und elektrische Leitfähigkeit von Graphen, kombiniert mit der effiiziente Fähigkeit von anorganischen Nanostrukturen zur Speicherung von Lithiumionen auszunutzen, mit dem Ziel, die Be- und Entladungskinetik sowie die Lebensdauer der Elektroden zu erhöhen. Im ersten Projektabschnitt wurde die Selbstorganisation der V2O5 Nanodrähte verbessert, um zugfeste und zugleich mechanisch flexible papierartige Filme zu erhalten. Zudem wurden die zusätzlich benötigten anorganischen Komponenten, SnO2 Nanoschichten/-drähte und LiMnPO4 Nanoplättchen, erfolgreich synthetisiert und charakterisiert. Weiterhin konnte insbesondere anhand der Komposite aus V2O5 Nanodrähten und Graphenoxid nachgewiesen werden, dass der Einbau von Graphenschichten in der Tat zu einer Verbesserung der mechanischen Stabilität, der elektrischen Leitfähigkeit und Aktuatoreigenschaften führt. Darüber hinaus wurde eine Korrelation zwischen der strukturellen Qualität der Komposite und ihren mechanischen Eigenschaften beobachtet. Darauf aufbauend sollen im zweiten Projektabschnitt die Synthese und Charakterisierung der drei Arten von Kompositen vervollständigt werden, einschließlich der Untersuchung von Filmen mit alternierender Schichtstruktur. Einen Schwerpunkt bildet die Bestimmung der mechanischen und elektrochemischen Eigenschaften der Filme in Abhängigkeit von Konzentration und Verteilung, sowie des Reduktionsgrads des eingebrachten Graphenoxids. Ein weiteres wichtiges Ziel ist die detaillierte Untersuchung der Auswirkung elektrochemischer Ladezyklen auf die Mikro- und Nanostruktur sowie die mechanischen Eigenschaften der Elektroden. Auf diese Weise sollen wertvolle Erkenntnisse gewonnen werden hinsichtlich der Mechanismen, welche für die Abnahme der elektrochemischen Leistungsfähigkeit solcher Lithiumionen-Elektroden verantwortlich sind. Von besonderer Bedeutung sind hierbei der Einfluß von Faktoren wie das Volumenverhältnis zwischen Graphen und anorganischer Nanostruktur, als such die Grenzflächenkopplung der beiden Komponenten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen