FABLE-Con - Schnelle und stabile Festkörperelektrolyte für neue Batterieanwendungen

Projekt: Foschungsprojekt

Projektdetails

Beschreibung

Um den derzeitigen Wandel zu einem effizienten und emissionsarmen Transport und nachhaltiger Energieökonomik in Europa voranzutreiben, ist eine neue Generation an Lithium-Ionen-Batterien (LIB) notwendig, um die aus grünen Energiequellen gewonnene Energie (Wind, Wasser, Sonne) effizient zu speichern und unsere Abhängigkeit von fossilen Treibstoffen zu reduzieren.
Um diese Technologien zu realisieren, muss die Energie, die pro Volumen oder Gewicht gespeichert werden kann (Energiedichte), wesentlich erhöht werden. Somit könnte zum Beispiel die Reichweite eines batteriebetriebenen Fahrzeugs signifikant verlängert werden (von 300 km auf 700 km). Dafür müssen neue Materialien entwickelt werden, die einerseits eine große Menge an Li-Ionen auf kleinem Raum und wenig Gewicht speichern können, und andererseits eine hohe Affinität haben, Lithium abzugeben oder aufzunehmen. Im Weiteren sollten diese Materialien günstig herstellbar sein, um kommerziell mit Verbrennungsmotoren mithalten zu können.
Eine LIB ist aus einer positiven und negativen Elektrode zusammengesetzt, welche durch einen ionendurchlässigen Elektrolyten getrennt werden. Zurzeit sind Batterien, die eine hohe Energiedichte erzielen würden leider nicht umsetzbar. Dies liegt an der Instabilität der Elektrolyten und dem daraus resultierenden Sicherheitsproblem. Daher gibt es ein großes weltweites Interesse aus Industrie und dem universitären Umfeld, diese Problematiken anzugehen und Lösungen anzubieten.
Meine Hypothese ist, dass der natürlich vorkommende Kryolithionite (Na3Al2Li3F12) kristallchemisch so modifiziert werden kann, dass er mit seinen Eigenschaften, die der zurzeit besten Festkörperelektrolyte und besten verfügbaren kommerziellen Kathoden überragt und dadurch eine Ära der nächsten Generation an Energiespeicher einläuten kann. Im Weiteren kann Kryolithionite aus gut verfügbaren Elementen ohne hohen Energieaufwand hergestellt werden.
Mein Ansatz ist es, die Chemie soweit zu verändern damit Kryolithionite als Elektrolyt verwendet werden zu können. Das geschieht durch den Austausch von Al3+ mit einem Element niedrigerer Oxidationsstufe (z.B. Mg2+). Dieser Ansatz erhöht den Li-Ionen Gehalt und ermöglicht den schnellen Ionentransport zwischen den Elektroden. Hierzu werden eine Vielzahl an Synthese- und Charakterisierungstechniken angewandt, um neue Funktionsmaterialien bereitzustellen, die in vielversprechenden Batterietypen zum Einsatz kommen sollen.
StatusLaufend
Tatsächlicher Beginn/ -es Ende1/01/2028/02/21