Inertgas-Rastersondenmikroskop
Final Report Abstract
Ein Hauptanwendungsgebiet des Rastersondenmikroskops ist die Untersuchung der so genannten "solid electrolyte interphase" (SEI), einer ionenleitfähigen Passivierungsschicht in Lithium-Ionen Batterien (LIB), die eine langzeitstabile Anwendung dieser Batterien ermöglicht. Diese Schicht wird aus Zersetzungsprodukten des Elektrolyten auf der negativen Batterielektrode gebildet und dient einerseits dem Ladungstransfer (Ionen) und schützt andererseits den Elektrolyten vor weiterer Zersetzung. Die SEI ist nur wenige Nanometer dünn und so fragil, dass sie sich außerhalb der Batterie zersetzen würde. Das Rastersondenmikroskop bietet eine Auflösung im Subnanometerbereich und wird in einer inerten Atmosphäre betrieben. Zudem kann das Rastersondenmikroskop auch während des Entstehungsprozesses der SEI direkt in der Batterie eingesetzt werden. Aufgrund des Zusammenspiels dieser einzigartigen Eigenschaften ist es uns gelungen, den Formierungsprozess der SEI in situ detailliert zu untersuchen. Die Ergebnisse tragen zusammen mit weiteren in situ Untersuchungen dazu bei, die Prozesse in einer LIB besser zu verstehen und zeigen Wege auf, wie die Langzeitstabilität und Sicherheit von LIBs verbessert werden könnten. Die Ergebnisse wurden kürzlich im Rahmen einer Kooperation mit dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) in dem Fachjournal der American Chemical Society: Applied Materials & Interphases veröffentlicht. Weiterhin wird das System intensiv zur Charakterisierung von Topographien und der magnetischen Domänenstruktur von elektrochemisch abgeschiedenen Schichten eingesetzt. Im Rahmen des BMBF-Vorhabens "Abscheidung von reinen und legierten Refraktärmetallschichten aus ionischen Flüssigkeiten" werden zwei Doktoranden das System für die in-situ Charakterisierung der Phasengrenze Elektrode/ionische Flüssigkeit einsetzen.
Publications
- In situ Studies of Solid Electrolyte Interphase (SEI) Formation on Crystalline Carbon Surfaces by Neutron Reflectometry and Atomic Force Microscopy, ACS Appl. Mater. Interfaces
M. Steinhauer, M. Stich, M. Kurniawan, B. Seidlhofer, M. Trapp, A. Bund, N.Wagner, K. Friedrich
(See online at https://doi.org/10.1021/acsami.7b09181) - An Electrochemical Quartz Crystal Microbalance Study on Electrodeposition of Aluminum and Aluminum-Manganese Alloys, J. Electrochem. Soc. 164 (2017) H5263
A. Ispas, E. Wolff, A. Bund
(See online at https://doi.org/10.1149/2.0381708jes)
