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Projekt
Hochintegrierte Systeme zur THz-unterstützten NMR-Identifizierung der Dendritenbildung in Lithium- und Natriumbatterien
Antragsteller
Professor Dr. Jens Anders; Professor Dr. Klaus Lips
Fachliche Zuordnung
Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik
Kommunikationstechnik und -netze, Hochfrequenztechnik und photonische Systeme, Signalverarbeitung und maschinelles Lernen für die Informationstechnik
Kommunikationstechnik und -netze, Hochfrequenztechnik und photonische Systeme, Signalverarbeitung und maschinelles Lernen für die Informationstechnik
Förderung
Förderung seit 2022
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 469042906
Das beantragte Projekt wird Pionierarbeit bei der Verwendung von chipintegrierten THz-Quellen leisten, die in der ersten Förderphase des Schwerpunktprogramms bisher ausschließlich für chipintegrierte Elektronenparamagnetresonanz- (EPRoC) Messungen verwendet wurden, in der Batterieforschung, indem es die Empfindlichkeit der Kernspinresonanz (NMR) für dendritische Mikrostrukturen auf Lithiummetalloberflächen während der Lade-/Entladezyklen durch dynamische Kernpolarisation (DNP) erhöht. Die Verwendung von Lithium-Metall-Anoden ist ein wichtiges aktuelles Ziel in der Batterieentwicklung, da sie erhebliche Vorteile in Bezug auf Energiedichte und Spannung bieten. Die reaktive Oberfläche verkürzt jedoch die Lebensdauer und kann Kurzschlüsse verursachen, da sich Lithiumdendriten und andere Mikrostrukturen auf der Metallanodenoberfläche bilden können, deren Entwicklung aufgrund des Mangels an spektroskopischen Methoden, die In-Operando-Messungen ermöglichen würden, sowie der geringen intrinsischen Empfindlichkeit der Kernspinresonanz noch nicht ausreichend verstanden wird. Indem intakte Batterien und DNP durch THz-Magnetfelder, die durch die EPRoC-Technologie erzeugt werden, genutzt werden, zielt dieses Projekt darauf ab, die Prozesse zu verstehen, die zur Dendritenbildung führen, und bietet Einblicke, die für die Stabilität und Performance von Batterien entscheidend sind. Darüber hinaus sieht das Projekt vor, die Anwendung von EPRoC auf Post-Lithium-Technologien wie Natrium-Metall auszudehnen, wodurch sich Möglichkeiten für breitere Anwendungen in der Batterieforschung eröffnen. Um diese Ziele zu erreichen, sind erhebliche Verbesserungen erforderlich, die über den derzeitigen Stand der Technik der EPRoC-Technologie hinausgehen. Das vorgeschlagene Projekt zielt insbesondere darauf ab, gepulste DNP-Methoden zu ermöglichen und die Arbeitsfrequenzen durch neuartige Schaltungstopologien über 263 GHz hinaus zu erweitern. Diese Leistungsverbesserungen werden mit einer Erhöhung der Leistungseffizienz des integrierten Systems einhergehen, um einen Betrieb bei niedrigen Temperaturen bis hinunter zu Tiefsttemperaturen zu ermöglichen. Darüber hinaus werden wir die Nutzung höherer harmonischer Frequenzen der verwendeten Oszillatorschaltungen untersuchen, einschließlich der Verstärkung der höheren harmonischen Frequenzen, mit dem Ziel, Frequenzen von bis zu 1,2 THz zu erreichen. Damit die THz-Magnetfelder die Metallelektrode der Batterie durchdringen können, werden wir sowohl herkömmliche Metallgitterelektroden als auch neuartige plasmonische Metaoberflächen untersuchen, die die erforderliche magnetische Komponente des THz-Feldes lokal verstärken könnten.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
