Oberflächenmodifikation von Lithium-Batterie-Anoden mit multifunktionalen Block-Copolymeren

• Antragsteller: Professor Dr. Peter Müller-Buschbaum
• Fachliche Zuordnung: Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 448754737

Die Lithium-Metall-Anode gilt aufgrund ihrer außergewöhnlichen Kapazität und ihres niedrigsten elektrochemischen Potentials als eines der vielversprechendsten Anodenmaterialien der nächsten Generation. Dennoch verursachen die Bildung und das übermäßige Wachstum von Lithium-Dendriten eine Reihe von nachteiligen Folgen. Dieser kann in den Separator eindringen und so ernsthafte Sicherheitsrisiken verursachen und die Bildung von totem Lithium induzieren, was den coulombischen Wirkungsgrad beeinträchtigt. Drastische Volumenänderungen neigen dazu, die feste Elektrolyt-Grenzschicht zu zerstören und die zyklische Stabilität zu verschlechtern. Diese Nachteile behindern die praktische Anwendung der Lithium-Metall-Batterie ernsthaft. Daher wird in diesem Projekt vorgeschlagen, multifunktionale PDMS-basierte Blockcopolymere und ihre organischen/anorganischen Nanohybride zu verwenden, um die Oberfläche der Lithium-Metall-Anoden zu modifizieren. Die PDMS-basierten Blockcopolymere zeichnen sich durch zahlreiche Vorteile aus, wie z.B. gute elastomere Eigenschaften, ausgezeichnete Lithium-Affinität, hervorragende chemische Inertheit, Fähigkeit zur Strukturmodifikation und gute Verarbeitbarkeit der Lösung. Zudem können sie über einen Mikrophasen-Trennprozess nanoskalige Strukturen auf der Lithium-Metalloberfläche bilden. Die Struktur und Eigenschaft der Lithium-Metall-Grenzfläche wird modifiziert, wobei die Bildung und das Wachstum von Lithium-Dendriten unterdrückt und die Strukturstabilität der Festelektrolytgrenzschicht verbessert wird. Mit dieser Strategie wird die elektrochemische Leistung der Lithium-Metall-Anode effektiv verbessert. Durch dieses gemeinsame deutsch-chinesische Projekt werden die Studien zur Oberflächenmodifikation und zur Geräteleistung mit fortschrittlichen Ex-Situ- und In-Situ-Streutechniken (Röntgen- und Neutronenstreuung) kombiniert. Es werden die Methoden zur zuverlässigen Oberflächenmodifizierung der Lithium-Metall-Anoden mit multifunktionalen Blockcopolymeren etabliert. Es wird eine gute Kontrolle über die Struktur und die Eigenschaften der oberflächenmodifizierten Lithium-Metall-Anoden-Grenzfläche erreicht. Die Struktur-Leistungs-Korrelation der oberflächenmodifizierten Lithium-Metall-Anode wird bestimmt und der zugrunde Mechanismus wird ermittelt. Die Umsetzung des Projekts wird eine solide wissenschaftliche Grundlage für die praktische Anwendung von Lithium-Metall-Batterien schaffen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: China
• Partnerorganisation: National Natural Science Foundation of China
• Kooperationspartner: Professor Dr. Ya-Jun Cheng