SPP 2248:  Polymer-basierte Batterien

• Fachliche Zuordnung: Chemie ; Materialwissenschaft und Werkstofftechnik ; Mathematik ; Physik ; Wärmetechnik/Verfahrenstechnik
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 422726248

Das Schwerpunktprogramm „Polymer-basierte Batterien“ (SPP 2248) widmet sich Batterien auf Polymerbasis, bei denen (organische) redoxaktive Polymere als aktive Materialien für die jeweilige Kathode oder Anode verwendet werden. Bei „all-polymer“-Batterien basieren beide Elektroden auf Polymermaterialien. Diese Batterien sind interessante Systeme aufgrund ihrer vielversprechenden Eigenschaften, zu denen schnelles Laden, die Möglichkeit zur Herstellung flexibler Elektroden, die Abwesenheit von Schwermetallen sowie der geringe Energiebedarf für die Materialsynthese und die Herstellung von Batterien gehören. Die wissenschaftlichen Projekte der ersten Förderphase befaßten sich erfolgreich mit der Modellierung zur Identifizierung vielversprechender neuer Materialien, dem Verständnis der auftretenden (Redox-) Prozesse sowie möglicher Nebenreaktionen, dem Design und der Synthese redoxaktiver Polymere, der Entwicklung neuartiger Elektrolyte sowie der detaillierten Charakterisierung (auch unter Einsatz von in situ und in operando-Techniken). In diesem Zeitraum entstanden im Konsortium 45 begutachtete Publikationen; eine größere Zahl ist in Begutachtung (der SPP 2248 startete im März 2020, genau zum Ausbruch der CORONA-Pandemie in Deutschland mit dem ersten Lockdown). Die zentralen Aktivitäten des Schwerpunktprogramms, die in diesem Projekt behandelt werden, fördern weiterhin den wissenschaftlichen Austausch zwischen allen Projekten und Teilnehmern des SPP, beispielsweise bei verschiedenen Netzwerkveranstaltungen des Schwerpunktprogramms. Ein wichtiges Ziel des Schwerpunktprogramms ist auch die Förderung des wissenschaftlichen Nachwuchses, insbesondere von Wissenschaftlerinnen. Daher werden Doktoranden sowie die jungen PIs, die bereits an Projekten der SPP beteiligt sind, durch Anschubfinanzierungs- und Mentoringprogramme unterstützt. Dieses Projekt wird auch genutzt, um die (internationale) Sichtbarkeit des Schwerpunktprogramms zu fördern. Darüber hinaus werden in diesem zentralen Projekt weiterhin Standardmaterialien und -elektroden bereitgestellt, die sowohl für Charakterisierungsprojekte als auch für Benchmark-Systeme verwendet werden. Zusätzlich sollen Strategien zum Upscaling der vielversprechendsten Materialien der erster Förderphase sowie der Ansätze zum Wissenstransfer mit Industriepartnern bearbeitet werden.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Internationaler Bezug: Großbritannien, Italien

Projekte

• Aluminium-, Magnesium- and Calcium-organische Polymer-basierte Batterien (AMPERE) (Antragstellerinnen / Antragsteller Esser, Birgit ;  Krossing, Ingo )
• Aufklärung von Degradationsmechanismen in Polymer-basierten Dual-Ionen-Batterien und Entwicklung von Strategien zur Leistungsoptimierung (Antragsteller Placke, Tobias ;  Schubert, Ulrich S. )
• Charakterisierung von Fabrikation-Mikrostruktur-Eigenschafts-Beziehungen für polymerbasierte Batteriematerialien durch die Kombination von tomographischer 3D-Bildgebung mit Modellierung und Simulation (Antragsteller Carraro, Thomas ;  Manke, Ingo ;  Schmidt, Volker )
• Desing polymerbasierter organischer Dünnschicht-Batterien hin zu IoT Anwendungen. (Antragsteller Brunklaus, Gunther ;  Eichel, Rüdiger-A. ;  Heuer, Andreas )
• Einfluss der Elektrolytzusammensetzung auf die Stabilität polymerer Materialien für organische Radikalbatterien (ElectroPoly) (Antragsteller Balducci, Andrea ;  Schubert, Ulrich S. )
• Entwicklung neuer redoxaktiver Polymere auf der Basis von Benzimidazol, Benzoxazol und Benzothiazol (Antragstellerinnen / Antragsteller Mollenhauer, Doreen ;  Schubert, Ulrich S. )
• Entwicklung und Optimierung von Thiol-haltigen leitfähigen Polymeren und kovalenten organischen Frameworks als Kathodenmaterialien in Lithium-Schwefel-Batterien: Synthese, Operando-Analyse und Simulation (Antragstellerinnen / Antragsteller Dzubiella, Joachim ;  Lu, Yan ;  Risse, Sebastian )
• Entwicklung von Aktivmaterialien für organische Batterien basierend auf elektropolymerisierten Polymeren mit stabilen organischen Radikalen (Antragsteller Friebe, Christian ;  Kupfer, Stephan )
• Entwicklung von Polymerelektrolyten komplementär zu Modellsystemen für Batterien auf Polymerbasis (Antragstellerinnen / Antragsteller Schubert, Ulrich S. ;  Uhlmann, Ph.D., Petra )
• Koordinationsfonds (Antragsteller Schubert, Ulrich S. )
• Pentacenetetron-Copolymere als nachhaltige redoxaktive Elektroden, zugeschnitten auf stark eutektische Lösungsmittel als Elektrolyte in Polymerbatterien (Antragsteller Jacob, Timo ;  Kühne, Alexander )
• Redox-aktive kovalente organische Gerüste für Batterien auf der Basis von reichlich vorhandenen Metallen (Na, Mg, Al) (RACOF-NMA) (Antragsteller Brunner, Eike ;  Feng, Xinliang ;  Kaskel, Stefan )
• Stickstoffangereicherte redox-aktive Monomere für COF-Batteriematerialien (NITROCOF) (Antragstellerinnen / Antragsteller Dumele, Oliver ;  Esser, Birgit )
• Synthese und frühzeitiges LIfe-cycle Assessment von recyclierbaren organIschen Kathoden (SYNERGISTIC) (Antragsteller Leker, Jens ;  Meerholz, Klaus )
• Weiterentwicklung von Quadratsäureamiden als neue Elektrodenmaterialien für die Energiespeicherung - Von neuartigen kleinen Bausteinen zu organischen Polymeren hin zu vollständig organischen Batterien (Antragsteller Bresser, Dominic ;  Hansmann, Max Martin ;  Théato, Patrick )
• Zweifach responsive Organo-Schwefelnetzwerke als stabile Kathodenmaterialien für Polymerbatterien mit hoher Kapazität (Antragsteller Müller, Matthias ;  Sommer, Michael ;  Walter, Michael )

• Sprecher: Professor Dr. Ulrich S. Schubert