Elektrochemische Speicher
Die Abteilung für elektrochemische Energiespeicher konzentriert sich hauptsächlich auf die Entwicklung von Lithium- und Natrium-Festkörperbatterien als neuartige, verbesserte Batterietypen für stationäre und mobile Anwendungen. Unsere Forschung deckt die gesamte Kette der Batterieentwicklung ab, beginnend mit den Grundlagen der Materialchemie zu den Batteriekomponenten und den kompletten Zellen.
Durch die Kombination von Wissen und Know-how bei der Material- und Komponentenentwicklung, zu der Synthese, Dünnschichttechnologien und keramische Verarbeitung gehören, wollen wir Festkörperbatterien mit hoher Energie- und Leistungsdichte voranbringen.
Vorteile von Festkörperbatterien
In Festkörperbatterien wird der flüssige Elektrolyt, der üblicherweise in herkömmlichen Batterien verwendet wird, durch einen ionenleitenden Feststoff ersetzt. Da die Elektroden und andere Komponenten einer Batterie üblicherweise ebenfalls fest sind, werden diese Batterien als "Festkörperbatterien" bezeichnet.
Festkörperbatterien bieten viele Vorteile: Sie können nicht auslaufen, sind im Allgemeinen weniger toxisch und im Falle eines Ausfalls können die Komponenten im Allgemeinen nicht brennen oder explodieren. Am wichtigsten ist, dass Festelektrolyte, aufgrund ihres größeren elektrochemischen Stabilitätsbereichs, die Verwendung von Elektrodenmaterialien mit Spannungen von mehr als 5 Volt, sowie, aufgrund ihrer chemischen Kompatibilität mit Lithium, die Verwendung von Lithiummetall als Anode erlauben. Alle diese Vorteile bedeuten eine Erhöhung der Energiedichte unter Beibehaltung der inhärenten Sicherheit der Batterie.
Materialwissenschaftliche Expertise und weltweite Kooperationen
Im Fokus unserer materialwissenschaftlichen Arbeiten stehen metallische Anoden und keramische Elektrolyt- und Kathodenmaterialien, insbesondere Oxidkeramiken mit elektronischer oder ionischer Leitfähigkeit. Die Forschung und Entwicklung von keramischen Batteriekomponenten am IEK-1 profitiert von einer langjährigen Expertise in der Keramikverarbeitung und der Dünnschichttechnologie (siehe Leistungen). Darüber hinaus stehen zahlreiche bildgebende und physikalische Techniken zur Charakterisierung von Materialien und Bauteilen zur Verfügung. Die Wissenskette wird durch die Zusammenarbeit mit anderen Instituten abgeschlossen, um elektrochemische Methoden zur Messung von Zellen, Modulen und Hybridsystemen unter labor- und anwendungsrelevanten Bedingungen sowie im Realbetrieb zu realisieren (siehe Projekte).
