FB2-Char - Charakterisierung und Material-Pipeline für beschichtetes Kathodenmaterial; Teilprojekt Forschungszentrum Jülich

Abstract

Aufgabenstellung: Zur Weiterentwicklung der Kathodenmaterialien ist das Aufbringen einer Beschichtung mittlerweile ein gängiges Verfahren. Während klassische elektrochemische Untersuchungen nur ein gemitteltes Ergebnis über das gesamte Aktivmaterial zulassen, ist eine Einordnung inwieweit derartige Beschichtungen die lokalen Bedingungen beeinflusst von hoher Bedeutung, um die Güte der Beschichtung beurteilen zu können. Ziel zu Projektbeginn war die lokalen elektrischen und ionischen Leitfähigkeiten des Beschichtungsmaterials in Kontakt zum Aktivmaterial zu eruieren und Aussagen zur Homogenität der Beschichtung und der Korrelation von strukturellen- mit Transporteigenschaften zu erzielen. Hierzu sollten Rasterkraftmikroskopische Abbildungsmodi eingesetzt werden. Stand der Technik: Zu Projektbeginn wurden Messungen an nanoskaligen Beschichtungen von Kathodenmaterialien nicht mittels rasterkraftmikroskopischer (AFM) Methoden untersucht. Aufgrund der nanoskaligen Dimensionen der Beschichtung stand zu erwarten, dass diese Messungen nicht in allen Betriebsmodi durchführbar sein könnten. Bekannt waren elektronenmikroskopische Untersuchungen von Beschichtungen an Kathodenmaterial. Zudem wurde die elektrochemische Deformationsmikroksopie, engl. Electrochemical strain microscopy (ESM), genutzt, um ionische Leitfähigkeiten zu studieren. Wenngleich die ESM noch eine recht junge Methode in der Rasterkraftmikroskopie ist,[1] wurde sie vielfach, auch von unserer Gruppe, im Bereich Batteriematerialien eingesetzt.[2-5] Zugleich wurde (und wird) der Signalanregungsprozess in der Literatur diskutiert.[6-8] Wesentlich etablierter ist die Verwendung der Rasterkraftmikroskopie zur Messung von elektrischen Leitfähigkeiten, sogenannte c(onductive)-AFM.[9] Das große Anwendungspotential von beschichtetem Kathodenmaterial ergibt sich aus einer verbesserten Langzeitstabilität, sowohl hinsichtlich der Zahl der Lade- und Entladezyklen, als auch mechanischer Stabilität. Zusammengefasst bestanden zu Projektbeginn offene Fragen hinsichtlich des Einflusses der Beschichtung auf die elektrochemische Performance des Kathodenmaterials. Innerhalb des Teilvorhabens zum Projekt FB2-Char sollten Aspekte zu den ionischen und elektrischen Transporteigenschaften im Vergleich zu strukturellen Charakteristika der Beschichtungen eruiert werden.