Nanoporöses Silizium durch Rascherstarrung - Einsatz in Lithium-Ionen- Batterien; AP5: "Nanoskopische Charakterisierung und Prozesssimulationen"

Abstract

Im Rahmen des Projektes RoSi wurde ein neuen Anodentechnologie auf Basis von nanoporösem Silizium zur Verbesserung von Lithium-Ionen-Batterien entwickelt. Ziel war es, die Energiedichte und Lebensdauer zu erhöhen, um die Elektromobilität voranzutreiben. Das Silizium wurde mittels Rascherstarrung und einer speziellen Metallauslaugung hergestellt, wodurch eine Schwammstruktur entsteht, die Volumenschwankungen während des Lade- und Entladeprozesses kompensieren kann. Mithilfe von Raster- und Transmissionselektronenmikroskopie wurde die chemische Reinheit und Strukturstabilität der Materialien bestätigt. Die Verwendung von Core-Shell-Partikeln zeigte dabei besondere Vorteile hinsichtlich der Stabilität. Simulationen mit Monte-Carlo-Methoden lieferten ein besseres Verständnis für die Bildung der Schwammstrukturen und den Einfluss von Sauerstoffverunreinigungen. Batterietests bestätigten die Stabilität der Schwammstruktur, obwohl Rissbildung in den Partikeln die Leistung beeinträchtigte. Zusätzlich wurde Siloxen als alternatives Anodenmaterial getestet, das aufgrund seiner lamellenartigen Struktur ebenfalls hohes Potenzial für eine verbesserte Batterieleistung aufweist.

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