HighSafe-III - Nachhaltige, umweltfreundliche, sichere Hochenergie-Lithium-Ionen-Batterien

Eine zentrale Herausforderung für die weitere Entwicklung von elektrochemischen Energiespeichern sowohl für automobile als auch für stationäre Anwendungen ist die weitere Erhöhung der spezifischen Energie bzw. Energiedichte bei gleichzeitiger Gewährleistung einer langen Lebensdauer, eines hohen Maßes an Nachhaltigkeit sowie einer weiter verbesserten Sicherheit der Batteriezellen. Die Entwicklung von Silizium(oxid)-Graphit-Kompositen als neue Generation an Anodenaktivmaterialien zielt auf höhere Energiedichten im Vergleich zu herkömmlichen Graphitanodenmaterialien ab, womit sie vielversprechende Kandiaten für Anodenmaterialien der nächsten Generation sind. Allerdings zeigen Si/SiOx-Komposite eine ausgeprägte Spannungshysterese für den Lithiierungs- und Delithiierungsprozess, ausgeprägte Volumenänderungen und neben einer hohen reversiblen auch eine signifikante irreversible Wärmeentwicklung. Ein besonderer Fokus des Teilvorhabens liegt auf der Modellierung der Zellen und der Skalierung ausgewählter Materialien und Zellchemien, um ihre potentielle industrielle Anwendung zu evaluieren. Mit geeigneten Modellen sollen die genannten Herausforderungen für Spannungshysterese, Volumenänderung und Wärmeentwicklung abgebildet und verstanden werden. Um diese Ziele zu erreichen sind elektrochemische, thermische und mechanische Charakterisierungs-Messungen nötig. Anwendungsnähe der Forschungsergebnisse ist durch eine Skalierung validierter Modelle auf andere Zellformate gegeben.