"Alternative Anodenkonzepte für sichere Feststoffbatterien" (Alano) - Teilprojekt FZJ

Abstract

Das Projektvorhaben ALANO fokussiert sich auf die Erforschung und Entwicklung der Lithiummetallanode, die die zentrale Komponente für Lithiumionenzellen der nächsten Generation darstellt. Ziel ist es, mit der Evaluierung unterschiedlichster und innovativer Lithiummetall-basierter Anodenkonzepte für Feststoffbatterien die Herausforderungen der Lithiummetallanode in Festkörperzellen hinsichtlich Reaktivität, Sicherheit und Leistungsfähigkeit zu überwinden und so die Lithiummetallanode in einer robusten Zelleinheit mit hoher Energiedichte zu etablieren. Dafür wurden neben der Funktionalität der Konzepte die Wechselwirkungen zwischen den Komponenten und deren Anbindungen an die Lithiummetallanode untersucht. Wesentliches Ziel ist ein tiefergehendes Verständnis der funktions- und sicherheitsrelevanten Grenzflächen zum Lithium-metall. Aus diesem Verständnis sollen Konzepte gegen Dendritenwachstum abgeleitet werden. Dies bietet die Möglichkeit, ein Zellkonzept mit signifikant erhöhter Energiedichte - im Vergleich zu konventionellen Lithiumionenzellen - und gleichbleibend hohen Standards hinsichtlich der Sicherheit und Lebensdauer zu erstellen. Zugleich ist es das Ziel, Konzepte für die Verarbeitungsprozesse zur Skalierung und Industrialisierung sowie zum Recycling von Festkörperzellen zu erarbeiten. Am Forschungszentrum Jülich wurden im Speziellen die Wechselwirkungen von Li-Metallanoden mit Oxid-keramischen Festelektrolyten (LLZO) untersucht. Im Fokus standen dabei die Herstellung und Optimierung verschiedener Festkörperseparatoren auf Basis von LLZO und Li-Metall- Legierungsanoden sowie die Bestimmung der Mechanischen Eigenschaften und Modellierung der Dendritenbildung.