Verbundprojekt: Werkstoffe und Grenzflächendesign für Natrium-Festkörperbatterie; Teilvorhaben: Na-Ionenleitende Elektrolytsubstrate und Grenzflächendesign der Metallanode

Das Hauptziel des Verbundprojektes stellt die Entwicklung einer Natrium-Ionen-Festkörperbatteriezelle mit einer metallischen Anode und Anwendungstemperaturen unterhalb von 80°C dar. Diesem Hauptziel untergeordnet sind konkrete Aufgabenstellungen, die im abgestimmten Arbeitsprogramm von einem internationalen Konsortium unter Beteiligung von KMU bearbeitet werden sollen. Am IKTS soll ein neuartiger glaskeramischer Festelektrolyt (NaRSiO4 -Typ mit R=Y, Yb und Gd) entwickelt werden, der sich mittels keramischer Foliengießtechnologie zu planaren Substraten mit Dicken von ca. 120 µm verarbeiten lässt. Leitfähigkeit und Sinterfähigkeit dieser Materialklasse sollen durch eine variierte Zusammensetzungen im System Na2O-R2O3-SiO2, der Verwendung von Sinteradditiven und einer geeigneten Pulveraufbereitung der Ausgangsgläser optimiert werden. Darauf aufbauend werden IKTS und EL-CELL an der Minimierung des Grenzflächenwiderstandes und der Dendritenbildung bei hohen Stromdichten zwischen der metallischen Natrium-Anode und dem Festelektrolyten arbeiten. Neben variierten Oberflächenzuständen sollen Einflüsse nm-starker metallischer Schichten untersucht werden. Die koreanische Firma Soo Kyung Chemical Co., Ltd wird ein Natrium-Ionen leitendes Polymer entwickeln, das sowohl gegenüber dem glaskeramischen Festelektrolyten als auch dem kathodischen Aktivmaterial geringe Grenzflächenwiderstände aufweisen soll. Die KHU wird unter Verwendung dieses als Katholyten fungierenden Polymers sowie Festelektrolytpartikeln eine ternäre Kompositkathode entwickeln. Weiterhin werden an der KHU Aktivmaterialien auf Basis von NaxMO2-Übergangsmetalloxidenverbindungen (mit M = Co, Fe, Mn, etc.) synthetisiert und untersucht werden. Die Entwicklungsergebnisse zum Festelektrolyten mit metallischer Anode und zur Kompositkathode werden an der KHU zu einer Natrium-Festkörperbatteriezelle zu einem funktionellen Demonstrator zusammengeführt.