Multilagen-Elektroden und Neutronen: Ein Instrument zur Untersuchung von Lithiierungsmechanismen

• Antragsteller: Professor Dr. Harald Schmidt
• Fachliche Zuordnung: Thermodynamik und Kinetik sowie Eigenschaften der Phasen und Gefüge von Werkstoffen ; Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 449439875

Der elektrochemische Einbau und Ausbau kleiner Metallionen wie Li in geeignete Elektroden ist ein grundlegender Prozess bei der wieder aufladbaren elektrochemischen Energiespeicherung. Infolgedessen ist ein Verständnis des Lithiierungsmechanismus von Elektroden mit hoher spezifischer Speicherkapazität für die Grundlagenforschung und die anwendungsrelevante Forschung von großem Interesse. Im Rahmen dieses Projekts werden wir diesen Prozess für negative Elektroden mit einem neuartigen Ansatz untersuchen, der auf Elektroden aus Multilagen und In-Operando-Neutronenreflektometrie basiert. Diese Methodenkombination ermöglicht eine einfache Identifizierung des grundlegenden Lithiierungsmechanismus und gleichzeitig eine Messung von Volumenänderungen während der elektrochemischen Lithiierung. Der Vorteil des Ansatzes besteht darin, dass durch die Verwendung einer Multilagenanordnung (isotopen- oder chemisch moduliert) komplexe Neutronenreflektogramme mit zahlreichen Interferenzoszillationen in einfachere Reflektogramme mit einem einzelnen Bragg-Peak umgewandelt werden. Hierdurch wird die Anzahl der relevanten Parameter zur Beschreibung der Reflektogramme drastisch reduziert und eine eindeutige Interpretation der Ergebnisse ist möglich. Als Multilagen-Elektroden werden Dünnschichten aus 73Ge/Ge (Isotop) und Si/C (chemisch) untersucht.Das Elektrodenmaterial wird durch Ionenstrahl-Sputter-Abscheidung hergestellt. Elektrodenprozesse sollten während galvanostatischer Zyklierung und zyklischer Voltammetrie mittels Neutronenreflektometrie in-operando untersucht werden. Die Ergebnisse sollten dazu beitragen, die Aspekte, die für eine grundlegende Verbesserung der Batterien erforderlich sind, zu verstehen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen