BiSSFest - Bipolare Stapelung sulfidischer Festkörperbatterien

Abstract

Die Evaluierung und gezielte Weiterentwicklung von Materialien für den Einsatz in Festkörperbatterien stellen einen zentralen Schritt auf dem Weg zur industriellen Umsetzung dieser Technologie dar. Die Bewertung der Materialsysteme umfasst dabei verschiedene Teilaspekte, darunter die Prozessierbarkeit, die notwendige Optimierung sowie die grundsätzliche Eignung für die Integration in Festkörperbatteriezellen. Im Rahmen des vorliegenden Projekts wurden etablierte sulfidbasierte Festkörperelektrolyte in skalierbaren Syntheseverfahren hergestellt und umfassend charakterisiert. Darüber hinaus erfolgte eine systematische Untersuchung unterschiedlicher Beschichtungen von Kathodenaktivmaterialien im Hinblick auf deren potenzielle Anwendbarkeit in Festkörperbatterien. Dabei wurden Erfolge im Bereich der skalierbaren Synthese erzielt, da der auf diese Weise hergestellte Feststoffelektrolyt Li6PS5Cl eine vergleichbare Reinheit und ionische Leitfähigkeit wie der Laborstandardelektrolyt bzw. der kommerzielle Feststoffelektrolyt. Der chlorreiche Feststoffelektrolyt Li5.5PS4.5Cl1.5 konnte ebenfalls erfolgreich skalierbar synthetisiert werden, jedoch muss der Syntheseprozess weiterhin optimiert werden um eine höhere ionische Leitfähigkeit zu erzielen. Weitere Erfolge konnten mit der detaillierten Untersuchung der verschiedenen beschichteten Kathodenaktivmaterialien verbucht werden. Hier erwies sich die ZrO2-Beschichtung als besonders vielversprechend im Vergleich zu den anderen Beschichtungen, da sie die beste Zellperformanz zeigte. Dies spiegelt sich in den erzielten höheren Kapazitäten, einem gesteigerten State-of-Health sowie einer geringeren Streuung der Messergebnisse in den durchgeführten Triplikatversuchen wider. Des Weiteren wurde eine vielversprechende Analyse des Grenzflächenwachstums durchgeführt, welche eine deutliche Beschleunigung des Wachstums für beschichtetes Material zeigt. Diese Erfolge liefern hierbei einen Beitrag für die Etablierung von Festkörperbatterien.