Selbstorganisierte Stabile Radikale für Leistungsfähigere Batterien

• Antragsteller: Dr. Clemens Liedel
• Fachliche Zuordnung: Präparative und Physikalische Chemie von Polymeren ; Polymermaterialien
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2015
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 253291029

Batterieforschung ist aus vielen Gründen von Interesse: Die Suche nach neuartigen Energiespeichern ist nicht nur aufgrund des Ausbaus erneuerbarer Energien von großer Wichtigkeit; insbesondere auch im Bereich Unterhaltungselektronik wären Batterien praktisch, welche innerhalb von Minuten komplett geladen werden können. Das erhöhte Umweltbewusstsein vieler Menschen vergrößert den Bedarf an Batterien, die ohne Schwermetalle wie Blei oder Cadmium auskommen - was darüber hinaus für eine verminderte Abhängigkeit vom Import solcher Metalle führen würde. Hauchdünne, papierartige Elektroden könnten außerdem komplett neue Anwendungen ermöglichen. Die hier geplante Forschung an Kunststoff-basierten, metallfreien Batterien mit einer hohen Lade- und Entladegeschwindigkeit adressiert all diese Bedürfnisse. Erste Prototypen, deren Elektroden meist auf einer Kombination aus stabilisierten organischen Radikalen und großen Beimischungen an Füllmaterial und Vernetzern beruhten, wurden innerhalb der letzten Jahre von Forschungsgruppen vor allem in Japan produziert.Um die Probleme, die derzeit eine Markteinführung verhindern, anzugehen, soll in dem hier geplanten Vorhaben ein neuer Ansatz gewählt werden. Die Energie, die in einer Zelle gespeichert werden kann soll insbesondere durch die Verwendung von sich selbst anordnenden Blockcopolymeren mit flüssigkristallinen Bestandteilen deutlich erhöht werden, weil dadurch auf Vernetzer und Beimischungen im Material verzichtet werden kann. Diese sind derzeit nötig um ein Auflösen der Elektroden zu verhindern. Darüber hinaus wird durch das Verwenden von Blockcopolymeren die Leitfähigkeit aufgrund der dichten Packung erhöht.Die hier geplanten Elektroden haben eine potentiell deutlich größere Ladungsdichte als bisherige Prototypen von Batterien auf der Basis von stabilen Radikalen bei vergleichbarer oder besserer möglicher Lade- und Entladegeschwindigkeit. Um noch bessere Ergebnisse, vor allem hinsichtlich der Leitfähigkeit, zu erreichen, sollen außerdem Mischungen aus Blockcopolymeren und Nanopartikeln untersucht werden. Hierbei kann auf vorhandene Erfahrung mit solchen Kompositmaterialien aufgebaut werden.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: USA
• Gastgeber: Professor Christopher K. Ober, Ph.D.