AIMS - Günere und wirtschaftlichere Batterien [Original in Englisch: Advanced and Innovative Materials for Electrochemical Energy Storage]

Lithium-Ionenbatterien weisen die höchsten heutzutage erzielbaren elektrochemischen Energiespeicherdichten auf. Langfristig gesehen müssen high-voltage bzw. high-capacity Batterien für Elektrofahrzeuge und die Speicherung erneuerbarer Energien signifikant in Bezug auf Stabilität, Energiedichte, Sicherheit, Nachhaltigkeit und Kosten verbessert werden. Eine schrittweise Verbesserung jetziger Li-Ionen-Technologie wird jedoch kaum zielführend sein. Es bedarf daher dringend neuer Ansätze, die diese Einschränkungen überwinden können und gleichzeitig seltene und teure Elemente vermeiden, so dass die elektrochemischen Speicher “grüner” und wirtschaftlicher werden. Viele der Anwendungs¬bereiche verlangen beides: (i) hohe Kapazitäten und (ii) hohe (Peak-)Ratenfestigkeiten. Das beantragte Research Studio Austria widmet sich genau diesen beiden Themenfeldern und soll die dazu dringend nötige Basis zur anwendungs¬orientierten Grundlagenforschung schaffen. Zu den fachlichen Schwerpunkten gehören: a) Hochkapazitive Anodenmaterialien basierend auf z. B. Si-C-, Sn-C-, Ge-C-Nanokompositen. Während das Legierungsmaterial die Kapazität steigert, sorgt das Kohlenstoffmaterial für einen stabilen elektrischen Kontakt, zusätzliche schnelle Kapazität und eine stabile Feststoff/Elektrolyt-Grenzfläche. b) Hochspannungskathodenmaterialien basierend auf Li-Phosphaten und neue Wege für effizienten Elektronentransport in der Elektrode c) Neue, multifunktionale Binder, um das volle Potential der anvisierten Legierungsanodenmaterialien auszuschöpfen. d) Neue Flüssigelektrolyten, die den Kernherausforderungen von Legierungs-Li- und Na-Batterien und den Hochspannungsinterkalationsmaterialien gerecht werden. Insbesondere sollen neue feste Li- und Na-leitende Elektrolyte synthetisiert und die Insertions- und Transporteigenschaften detailliert festkörperspektroskopisch untersucht werden. Die Themen bilden die Basis für die Entwicklung einer neuen Generation von Hochleistungsbatterien. Zur Realisierung soll ein Team mit interdisziplinärer Expertise in organischer, anorganischer und physikalischer Chemie und Materialwissenschaften eng zusammenarbeiten. Das RSA bezieht ausgewählte Industriepartner aus der Batterie-forschung und dem Automobilsektor mit ein, die die Ergebnisse aus der angewandten Grundlagenforschung direkt verwerten können. Die beteiligten wissenschaftlichen Partner haben umfangreiche Erfahrung mit der Synthese und Charakterisierung von Aktivmaterialen sowie von neuen, flüssigen und festen Elektrolyten. Zur Charakterisierung gehört insbesondere die in-situ Untersuchung der mikro- und makroskopischen Grenzflächen der Materialien. Im Zusammenspiel mit den Erfahrungen im Forschungsfeld „Ionentransport“, der in Graz komplementär mit festkörper-spektroskopischen NMR- und Impedanzmethoden untersucht wird, hat das beantragte RSA eine Reihe von Alleinstellungsmerkmalen, um sich zu einem der wenigen Europäischen Player auf diesem Forschungsgebiet zu etablieren.