Verbundprojekt: Werkstoffe und Grenzflächendesign für Natrium-Festkörperbatterie; Teilvorhaben: Natrium-Festelektrolyttestzelle: Elektrochemische Charakterisierung und Dauerbetrieb

Natriumbatterien sind aufgrund geringerer Rohstoffkosten und besserer Verfügbarkeit eine gute Alternative zu Li-Ionen-basierten Batterien. Ihr Nachteil ist eine geringere Energiedichte, was durch die Verwendung von Natrium-Metall als Anode in Verbindung mit keramischen Festelektrolyten und Hochspannungskathodenmaterialien in polymerbasierten Kompositkathoden ausgeglichen werden kann. Das Ziel dieses Projektes stellt die Entwicklung einer Natrium-Ionen-Festkörperbatteriezelle mit einer metallischen Anode und Anwendungstemperaturen unterhalb von 80 °C dar. Am IKTS soll ein neuartiger glaskeramischer Festelektrolyt entwickelt werden, der sich mittels Foliengießen zu planaren Substraten mit ca. 120 µm Dicke und Leitfähigkeiten bis 0,5 mS cm-1 (25°C) verarbeiten lässt. EL-CELL wird funktionell erweitertes Testequipment für die Assemblierung und Charakterisierung von Festkörperbatteriezellen entwickeln. IKTS und EL-CELL werden an der Minimierung von Grenzflächenwiderstand und Dendritenbildung zwischen Natrium und Festelektrolyt arbeiten. Die koreanische Firma Soo Kyung Chemical Co., Ltd wird ein Na-Ionenleitendes Polymer entwickeln, das gegenüber dem Festelektrolyten und kathodischem Aktivmaterial geringe Grenzflächenwiderstände aufweist. An der KHU werden Aktivmaterialien auf Basis von NaxMO2-Übergangsmetalloxiden und gemischten Oxidverbindungen synthetisiert und untersucht. Die KHU wird unter Verwendung des ionenleitenden Polymers, Festelektrolytpartikeln und Aktivmaterial eine Kompositkathode entwickeln, diese mit den anderen Komponenten in einer Festkörperbatteriezelle zusammenführen und testen. Ein Austausch von Wissenschaftlern und Studenten soll der Netzwerkbildung und Etablierung einer nachhaltigen Zusammenarbeit dienen. Die Ergebnisse werden einer wissenschaftlichen und kommerziellen Verwertung der zugeführt und es wird eine Stärkung der Zusammenarbeit der Projektpartner auf dem Gebiet neuartiger Batteriematerialien und –konzepte erwartet.