Zisabi - Zink-Sauerstoff-Batterien mit Ionenaustausch-Membran als Post-Lithiumionen-Technologie

Das Ziel des beantragten Forschungsprojektes ist es, erstmals Ionenaustausch-Membranen und Ionentausch-Ionomere sowohl in der Anode als auch in der Kathode von Zink-Sauerstoff-Batterien (ZSB) einzusetzen, um gezielt die bisher limitierenden Probleme dieses Batterietyps (z.B. "shape change" der Anode) zu unterdrücken. Damit soll letztlich eine Erhöhung der bisher erreichbaren Zyklenzahlen für ZSB erzielt werden. Das Vorhaben soll zudem ermöglichen, die erlangten Ergebnisse zu ZSB auch auf andere Batterie-Systeme zu übertragen. Insbesondere die angestrebten wissenschaftlichen und technologischen Erkenntnisse zur Anode können für eine Vielzahl von weiteren Metall-Sauerstoff-Batterien sowie weitere Post-Lithiumionen-Batterien relevant sein, um höhere Zyklenzahlen und eine längere Lebensdauer zu erreichen. Im Projekt sollen gezielt die Zyklenzahlen für stabilen, Degradations-freien Betrieb von ZSB erhöht werden, und in Demonstrator-Zellen umgesetzt werden. Zunächst werden hierfür die bisher bekannten Gründe für die geringe praktisch erreichbare Energiedichte von ZSB auf Elektroden-Ebene im Detail analysiert und bewertet. Hieraus werden Maßnahmen abgeleitet, mit denen eine erhöhte Lebensdauer und erhöhte Zyklenstabilität auch für den Vollzellen-Betrieb erreicht werden kann. Ein Hauptziel wird es dabei sein, die Menge an eingesetztem Flüssigelektrolyt in ZSB durch das Einbinden eines Ionentausch-Ionomers bzw. einer Ionentausch-Membran in Vollzellen so zu verringern, dass die derzeit auftretenden Degradationsprozesse sowohl an der Anode ("shape change" und Dendritenbildung) als auch der Kathode (Katalysator- und Kohlenstoff-Zersetzung) vermindert werden können.