Verbundprojekt: 3D-nanoskalige Siliziumanoden für Lithium-Ionen-Batterien mit hoher Energiedichte; Teilvorhaben: Herstellungstechnologien für 3D-Silizium-Nanoanoden mit hohem Aspektverhältnis

In diesem Projekt sollen gut kontrollierte und ausgerichtete vertikale 3D-Silizium-Nanostrukturen, die im Top-Down-Ansatz hergestellt werden, als Anode für Lithium-Ionen-Batterien verwendet werden. Es werden verschiedene vertikale 3D-Siliziumarchitekturen (d.h. vertikale Si-Nanodrähte) realisiert, bei denen erwartet wird, dass sie eine hohe elektrische Leitfähigkeit haben, eine gute Ionenleitfähigkeit ermöglichen und während der Lithiierungs-/Delithiierungsprozesse eine robuste strukturelle Integrität aufweisen. Verschiedene Nanolithographietechniken (z.B. Photolithographie, Nanoimprint-Lithographie und kolloidale Nanosphärenlithographie) werden eingesetzt, um die gewünschten Strukturen herzustellen. Hier soll die Elektronenstrahllithographie aufgrund ihres kostenintensiven Verfahrens nicht berücksichtigt werden. Zur Verbesserung der Batterieleistung über hybride Nanostrukturen mit höherer Leitfähigkeit und robusteren mechanischen Eigenschaften werden diese gezielt zugeschnittenen Silizium-Nano-Plattformen in kohlenstoffbasierte und polymere Netzwerke integriert. Zum besseren Verständnis der entwickelten nanoskaligen 3D-Strukturen und Vorrichtungen hin zu einem optimalen Anodendesign werden gleichzeitig theoretische Studien und Simulationen durchgeführt, die die technologische Entwicklung von Batterien mit Silizium-Nanoanoden begleiten.