Materials for Li-ion batteries

 

• Our publications in this field.
• Expert member of the Roadmapping Team LIB2015
• Member of 'Innovationsallianz LIB2015 der Bundesregierung'
• BMBF-Nachwuchsgruppe Nanoskaligkeit und Grenzflächeneffekte in neuen oxidischen Batteriematerialien (2009-2013)
• Priority Programme 1473 WeNDeLIB 'Werkstoffe mit neuem Design für verbesserte Lithium-Ionen-Batterien'
• Materialforschung an LiMPO4 für Lithium-Ionen-Batterien, BMBF German-Egypt Research Fund GER
• Materialforschung an LiMPO4 für Lithium-Ionen-Batterien, BMBF German-Egypt Research Fund GERF IV, 2017 - 2019. FKZ 01DH17036
  Link Datenbank Umweltbundesamt
• BMWi Verbundprojekt HiKoMat - Werkstoffentwicklung hierarchisch strukturierter Kompositmaterialien für elektrochemische Energiespeicher.Teilprojekt: Hierarchisch strukturierte Phosphate und Silikate; Forschungsförderung im 6. Energieforschungsprogramm (2016 - 2019).
  Link Datenbank Umweltbundesamt

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Trotz der hohen technologischen Relevanz sind in der Li-Elektrochemie viele der fun­da­­mentalen Fragestellungen noch nicht untersucht oder nicht vollständig ver­stan­den. Genaue Kenntnisse zu Änderungen der elektronischen Struktur und des Inter­ka­la­tions­mechanis­mus liegen oftmals nicht vor, obwohl ein erweitertes Verständnis essentiell für eine höhere Stabilität und für die Vermeidung von Kapazitäts- und Leistungsverlusten, von schlechter Zyklierbarkeit und von Selbstentladung in Li-Ionen-Batterien ist. Die mit einem Li-Austausch einhergehenden Änderungen der Valenz von Me­tallionen in Oxi­den haben oft­mals drastische Auswirkungen auf die Eigenschaften der Materialien. Daher sind das verbesserte Verständnis der strukturellen und elektro­ni­schen Eigen­schaften sowie die detail­lierte Kenntnis über die Chemie und die Physik der Grenz­flächen grundlegende Vor­aussetzungen für eine Optimierung des Speicher­potentials und den sicheren Einsatz von Li-Oxiden in Hochenergiespeichern.

Die Untersuchung einkristalliner Modellsysteme und Oberflächen sowie der Einsatz intrinsisch nanoskaliger Materialien stellen zwei komplementäre grundlagenwissenschaftliche Ansätze zur Optimierung von Materialien für den Einsatz in Li-Ionen-Batte­rien dar. Dabei werden einerseits werden in einem materialwissenschaftlich-chemischen Ansatz neue Li-Katho­denmaterialen in Form intrinsisch nanoskaliger Metalloxide hergestellt und getestet, um die Vorteile reduzierter Dimensionalität und erhöhter Oberfläche für die Prozesskinetik zu nut­zen. Ergänzend dazu soll durch die Fokussierung einzigartiger Synthese- und physikalischer Untersuchungsmethoden auf Li-Elek­tro­den­ma­terialien und deren Grenzflächen das Verständnis der grundlegenden elektro­ni­schen und strukturellen Mechanismen beim Li-Austausch erweitert wer­den, um auf dieser Basis die Prozesse und Materialien hinsichtlich Stabilität, Kinetik und Speicher­potential der Zellen zu optimieren.

• Synthese und detaillierte physikalische und elektrochemische Untersuchung intrin­sisch nanoskaliger Oxide
  In diesem Ansatz soll der Einfluss der Größenreduktion auf poten­tielle Elektrodenmaterialien im Detail studiert und für die Materialoptimie­rung ausge­nutzt werden. Dies wird durch Variation von Größe, Morphologie und spezifischer Oberfläche, aber auch durch die Auswahl geeigneter Metallionen mit großer Valenz­breite und einer Vielfalt an zugrundeliegenden Strukturen sowie der Verwendung mo­derner Methoden erreicht werden
• Material- und Prozessoptimierung durch ein verbessertes Verständnis des Li-Aus­tau­sches im Elektrodeninneren und der Chemie/Elektrochemie an den Grenzflä­chen
  Dabei werden einkristalline Modellsysteme synthetisiert und untersucht, um an 'perfekten' Modellmaterialien bzw. Oberflächen die grundlegenden elektroni­schen und strukturellen Mechanismen aufklären zu können. Neben modernen spektrosko­pi­schen bzw. physikalischen Methoden versprechen am IFW entwickelte Hochdruck­syn­these­­techniken bislang nicht herstellbare Einkristalle und somit neue Erkennt­nisse.

Gefördert durch das BMBF im Rahmen der Innovationsallianz 'Lithium Ionen Batterie LIB2015 der Bundesregierung, DFG, Baden-Württemberg-Stiftung, DAAD, Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BmWi)