Universally shaped Batteries from printable Ionogels - UniBat

• Applicants: Privatdozent Dr. Frank Pammer, since 6/2021; Dr. Kerstin Zehbe
• Subject Area: Synthesis and Properties of Functional Materials ; Polymer Materials
• Term: from 2017 to 2019
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 349230137

• Final Report Year: 2021

Final Report Abstract

Das Ziel dieses Forschungsprojektes war es einen polymerbasierten Feststoffelektrolyten zu entwickeln, welcher durch ein SLA-Verfahren in jede beliebige 3D Form gedruckt werden kann. Diese strukturelle Anpassung ist für verschiedene Feststoffbatteriesysteme anwendbar und ermöglicht gleichzeitig einen besseren Kontakt zu den Elektroden. Für die Umsetzung dieses Vorhabens wurden überwiegend Sulfonat basierende ionische Flüssigkeiten mit kommerziellen Polymerharzen der Firma Formlabs gemischt und analysiert. Die ionischen Leitfähigkeiten dieser hergestellten sogenannten Ionogele liegen im Bereich von 10^-4 bis 10^-2 S/cm. Mittels eines Form 2 SLA Druckers konnten diese Ionogele in verschiedene 3D Strukturen gedruckt und reproduziert werden. Weiterhin wurden neu synthetisierte Ionogele basierend auf protonenleitfähigen ionischen Flüssigkeiten mittels SLA Verfahrens in strukturierte Filme überführt und in einer Brennstoffzelle getestet. Dies war noch nicht vollständig erfolgreich, da die derzeitigen SLA Drucker keine druckbaren Schichtdicken im Bereich von 150 bis 250 Mikrometer ermöglichen. Für die Anwendung von Batteriesystemen erwiesen sich Ionogele basierend auf Metallmischsystemen als äußerst vielversprechend, da diese sich durch eine hohe thermische Stabilität und einer hohen Leitfähigkeit von 4 .10^-2 S/cm auszeichnen. Mit Ausnutzung des selektiven Laserschmelzen (SLM) wäre es weiterhin denkbar diese gedruckten Feststoffelektrolyte mit 3D angepassten Elektroden zu verbinden, um so als Endresultat ein kompaktes Batteriesystem zu erzeugen. Zusammenfassend ist erkennbar, dass dieses Forschungsprojekt erfolgreich umgesetzt wurde, da verschiedene synthetisierte Feststoffelektrolyte mittels SLA Verfahren in angepasste 3D Strukturen gedruckt werden konnten.

Publications

• Stereolithography provides access to 3D printed ionogels with high ionic conductivity, Energy Fuels 2019, 33, 12, 12885–12893
  Zehbe, K.; Lange, A.; Taubert A.
  
• Ionic Liquids with More than One Metal: Optical and Electrochemical Properties versus d-Block Metal Combinations, Chemistry A European Journal 2020, 26, 72, 17504-17513
  C. Balischewski et al.