Imidbasierte Polymere als Plattform zur Entwicklung hochsicherer fester Polymerelektrolyte für Lithium-Metall-Batterien

• Antragsteller: Dr. Timofey Kolesnikov, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Polymermaterialien ; Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 562331271

Die steigende Nachfrage nach leistungsstarken Energiespeichersystemen, angetrieben durch den Aufstieg tragbarer Elektronik, Elektrofahrzeuge und erneuerbarer Energien, hat die Grenzen herkömmlicher Lithium-Ionen-Batterien deutlich gemacht. Die nächste Generation von Batterien, Lithium-Metall-Batterien, verspricht eine signifikante Steigerung der Energiedichte durch den Einsatz von Lithium-Metall-Anoden. Ihre breite Anwendung wird jedoch durch die Instabilität und Sicherheitsprobleme von flüssigen Elektrolyten, wie die Bildung von Dendriten, Zellpolarisation und niedrige Lithium-Ionen-Transferraten, eingeschränkt. Feste Polymerelektrolyte (SPEs) sind eine vielversprechende Alternative, da sie verbesserte Sicherheit, mechanische Stabilität und elektrochemische Leistung bieten. Dieses Projekt zielt darauf ab, die Einschränkungen bestehender Polyethylenoxid (PEO)-basierter SPEs zu überwinden, indem neuartige Polyimid (PI)-basierte SPEs mit maßgeschneiderten strukturellen und elektrochemischen Eigenschaften entwickelt werden. Polyimide bieten einzigartige Vorteile wie hohe thermische und chemische Stabilität, starke mechanische Eigenschaften und strukturelle Vielseitigkeit, was sie zu einer idealen Plattform für die Entwicklung fortschrittlicher SPEs macht. Aufbauend auf meiner bisherigen Arbeit, die das Potenzial von PI-basierten SPEs aufgezeigt hat, wird dieses Projekt wesentliche Herausforderungen angehen, wie die Modifikation der PEO-Blocklänge, die Erforschung alternativer solvatisierender Blöcke und die Untersuchung einzelionenleitender Systeme. Dieses interdisziplinäre Projekt kombiniert fortschrittliche Polymerchemie mit modernen elektrochemischen Methoden, um SPEs zu entwickeln, die die Einschränkungen aktueller Systeme überwinden. Die Ergebnisse werden grundlegende Einblicke in die Struktur-Eigenschafts-Beziehungen geben, die die Ionenleitung und mechanische Stabilität in SPEs bestimmen, und den Weg für sicherere und effizientere Lithium-Metall-Batterien ebnen. Die Ergebnisse dieses Projekts werden zur Entwicklung der nächsten Generation von Energiespeichertechnologien beitragen.

• DFG-Verfahren: WBP Stelle