Anionen-Defektchemie für zukünftige Batteriematerialien

• Antragsteller: Professor Dr. Jürgen Janek
• Fachliche Zuordnung: Festkörper- und Oberflächenchemie, Materialsynthese ; Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 514846489

Lithium-Ionen-Batterien (LIBs) gelten als eines der vielversprechendsten und naheliegendsten Konzepte für die Energiespeicherung von erneuerbaren Energien im großen Maßstab. Für eine umfangreiche Anwendung von LIBs muss die bislang geringe spezifische Kapazität und noch relativ kurze Lebensdauer des Kathodenaktivmaterials (CAM) verbessert werden. Um dies zu erreichen ist die Entwicklung von robusten CAMs mit hoher Energiedichte essentiell. Die Modifikation des Kations des CAMs ist eine weitverbreitete Strategie, um die Leistungsfähigkeit der Batterien zu verbessern, jedoch ist das Potenzial dieser Strategie mittlerweile nahezu erschöpft.Für das Fortschreiten der Entwicklung von Batteriematerialien ist es daher wichtig, auch die Anionen-Funktionalität des CAMs nutzbar zu machen, wobei ein grundsätzliches Verständnis der Anionen-Defektchemie von großer Wichtigkeit ist. Daher ist das Ziel dieses Projekts, die Anionen-Defektchemie von Batterie-CAMs einzuführen und Grundsätze für die Entwicklung von CAMs mit gemischten Anionen zu definieren. Um dieses Ziel zu erreichen, wird das gemeinsame Team in diesem Projekt an zwei Forschungszielen arbeiten:1) Dem Verständnis der Sauerstoff-Defektbildung und deren Einfluss auf die Leistungsfähigkeit von Batterien2) Das Einführen von Hetero-Anionen-Defekten und die Untersuchung der Anionen-Defekt-FunktionalitätDas bislang fehlende Verständnis anionischer Defektspezies behindert die weitere Entwicklung von Batteriematerialien, welche auf gemischten Anionen basieren. Die Bedeutung dieser Arbeit besteht darin, ein fundamentales Verständnis zur Anionen-Defektchemie für die Modifikation von anionischen Defekten in Batteriematerialien zu etablieren, woraus sich klare Vorgaben für die Entwicklung von robusten Batteriematerialien mit hoher Energiedichte ergeben. Obwohl dies ein herausforderndes Thema ist, soll die Zusammenarbeit durch die Kombination der jeweils spezifisch verfügbaren und ideal komplementären Methoden zum Erfolg führen; das japanische Team wird die anionischen Defektspezies in Batterie-CAMs analysieren und kontrollieren, während das deutsche Team die Diffusionskinetik von Anionen und Kationen sowie den Einfluss von anionischen Defekten auf die elektrochemischen Lade- und Entladereaktionen untersuchen wird. Beide Teams haben exzellente vorhergehende Arbeiten in den jeweiligen Forschungsbereichen vorzuweisen.Um die Anionen-Defektchemie von CAMs zu etablieren, werden wir zwei Themen in diesem Projekt bearbeiten: Eines ist das Etablieren der Sauerstoff-Defektchemie, und das Zweite ist das Verständnis der Funktionalität von hetero-anionischen Defekten in Batterie-CAMs.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Japan
• Kooperationspartner: Professor Dr. Koji Amezawa; Professor Dr. Takashi Nakamura