Elektrochemische und mikrostrukturelle Untersuchung der Prozesse in Anoden (und Vollzellen) für Hochkapazitäts-Lithium-Ionen-Batterien basierend auf Si-Mikrodrahtanordnungen

• Antragsteller: Professor Dr. Rainer Adelung; Professor Dr. Lorenz Kienle
• Fachliche Zuordnung: Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 236979258

Das Hauptziel in der ersten Periode des Antrages war es: Die derzeit beste Silizium Mikrodrahtanode (SWA) mit erhöhter Kapazität und Zuverlässigkeit herzustellen, möglich durch gezielte Untersuchungen zum Verständnis grundlegender Prozesse während des Lithiierens und Delithiierens. Obwohl dies ein hochgestecktes Ziel war, konnte es bereits zum größten Teil umgesetzt werden. In der geplanten Verlängerung ist das Ziel, ein umfassenderes Verständnis des Verhaltens im Grenzbereich der Leistungsfähigkeit der Batterie zu erlangen. Während der ersten Periode wurde die Abhängigkeit des Potentials von den verwendeten Silizium Mikrodrähten identifiziert. Mit Hilfe von FFT-Impedanz Spektroskopie konnte nachvollzogen werden, wie die unterschiedlichen Längen und Dicken der Drähte sowohl den Ladungstransfer als auch die elastische Wechselwirkung innerhalb der Anode beeinflussen. Voltammetrische Messungen haben gezeigt, wie die Diffusion abhängig von unterschiedlichen Draht-Geometrien limitiert ist. Diese Arbeitspakete sind für das dritte Projektjahr vorgesehen, um dann die Eigenschaftsänderungen der Batterie an ihrem Leistungslimit, z. B. unter Temperatureinfluss oder während unterschiedlicher Zyklierungsparameter zu analysieren. Diese dadurch entstehenden Strukturänderungen sollen mit Hilfe des Transmissionselektronenmikroskops (TEM) untersucht werden. Eine einfache, aber zuverlässige Methode für den Transfer von feuchtigkeits-sensitiven Li-Si Proben wurde erfolgreich entwickelt, die die wissenschaftliche Relevanz der Elektronenmikroskopie im Bereich stark empfindlicher Proben (vor allem gegen hochenergetische Strahlung und Feuchtigkeit) vorantreibt. Neben den Arbeitspaketen, die im Erstantrag bereits geplant wurden, haben wir ein neues Arbeitspaket (WP 9) eingeführt, welches TEM Analysen von potentiellen Kathodenmaterialien vorsieht.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Professor Dr. Helmut Föll