Hemmung der Zündung von Dialkyl-Carbonat-Lösungsmitteln für Lithium-Ionen-Batterien mittels Fluorierung

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Alexander Heufer
• Fachliche Zuordnung: Technische Chemie ; Energieverfahrenstechnik
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 535189852

Lithium-Ionen Batterien sind in unserem Alltag allgegenwärtig und sind von zentraler Bedeutung bei der Transformation des Mobilitätssektors in ein postfossiles Zeitalter. Der Ionentransport wird in diesen Batterien in der Regel über Elektrolyte realisiert, welche in einer Flüssigkeit gelöst sein müssen, um den Ladungsaustausch aufrecht zu erhalten. In diesem Zusammenhang werden häufig Karbonate als Lösungsmitteln in Lithium-Ionen-Batterien eingesetzt. Allerdings bergen diese leicht entflammbaren Stoffe Gefahren während des Betriebs. Wird die Batterie durch mechanische, elektrische oder thermische Belastung beschädigt, können sich die Karbonat Lösungsmittel der Batterie entzünden und es kommt zum Batteriebrand. Ein vielversprechender Ansatz zur Vermeidung derartiger Brände ist die Verwendung von fluorinierten Karbonaten als Lösungsmittel. Trotz des großen Potenzials zur Hemmung der Zündneigung wurden fundamentalen Verbrennungseigenschaften dieser fluorinierten Karbonate noch nicht eingehend untersucht. Im hier vorgeschlagenen Forschungsvorhaben sollen Versuche in Stoßrohr und Einhubtriebwerk (Rapid Compression Machine) mit ab initio Berechnungen verbunden werden, um ein konsistentes und valides detailliertes chemisches Modell für die Vorhersage der Verbrennungseigenschaften von fluorinierten Dialkyl Karbonaten zu konstruieren. Die Eigenschaften der fluorinierten Dialkyl Karbonate werden dann mit denen der nicht-fluorinierten, also regulären, Dialkyl Karbonaten verglichen, um den Effekt der Fluorierung auf die Verbrennungschemie besser zu verstehen. Die hier vorgeschlagene Kombination aus Theorie, Modellierung und Experimenten für reguläre und fluorinierte Dimethyl, Ethyl Methyl und Diethyl Karbonate wird die erste systematische Untersuchung dieser Stoffe sein und entscheidend zum Design von Löschungsmitteln beitragen, mit welchen die steigende Nachfrage sicherer Lithium-Ionen-Batterien befriedigt werden kann.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen