interBATT - Innovative Grenzschichtlösungen und -charakterisierung für Anoden der nächsten Generation

Für die Realisierung von Batterien mit hoher Energiedichte bedarf es der Entwicklung von Anoden mit hoher Kapazität, allen voran Silizium und Lithium-Metall. Deren Einsatz leidet u.a. an der hohen Volumenänderung im Betrieb und der daraus folgenden Instabilität der Grenzschicht zwischen Aktivmaterial und Elektrolyt. Hinzu kommen die hohe Reaktivität und Dendritenwachstum von Lithium-Metall. Die Gemeinsamkeit in der Lösung dieser Herausforderungen liegt in der besonderen Bedeutung eines intelligenten Grenzschichtdesigns, welches aufgrund des begrenzten Verständnisses der Grenzflächeneigenschaften und dem Einfluss auf das Verhalten der Batterie erschwert wird. Das Ziel des Vorhabens besteht darin, die entscheidenden Grenzschichten für Lithium-Metall und Silizium elektrochemisch zu untersuchen und zusammen mit dem NMI geeignete Schutz- und Zwischenschichten mittels Dünnschichttechnologie an Modellsystemen zu entwickeln, um daraus ein grundsätzliches Verständnis der kritischen Phänomene an den Grenzflächen abzuleiten. Das generierte Wissen über Grenzschichten wird in die Entwicklung von nanostrukturierten 3D-Architekturen aus Si/CNT-Hybridanoden (Aixtron) und Festelektrolytgerüsten für Lithium-Metall transferiert. Für letzteres wird das DLR seine langjährige Erfahrung in der Prozessierung keramischer Materialien mittels skalierbarer Herstelltechnik einsetzen. Das Ziel ist, zusammen mit den Ergebnissen aus den korrelativen Charakterisierungsmethoden von LIST und NMI, einen Benchmark für effektive Grenzschichtlösungen zu generieren, diese in neuartige Anodenarchitekturen zu integrieren und den Zusammenhang zwischen Eigenschaften und makroskopischem Zellverhalten aufzuklären, um Silizium- und Lithium-Metallanoden näher an die Anwendung zu bringen. Schließlich soll die Performance der entwickelten Lösungen in Vollzellen mit kommerziellen LIB-Kathoden von Customcells mit Flüssigelektrolyt sowie dem Stand der Technik entsprechenden Schwefel-Kathoden demonstriert werden.