ALANO - Alternative Anodenkonzepte für sichere Festoffbatterien

Abstract

Lithium-Ionen-Batterien sind aufgrund ihrer hohen Energie- und Leistungsdichte aktuell die Batterie-Technologie der Wahl für eine Vielzahl von Anwendungen, wie beispielsweise portable Elektronik und Elektrofahrzeugen. Mit Blick auf die Reichweite Letzterer ist mittel- bis langfristig jedoch eine weitere Steigerung der Energiedichte unabdingbar. Die Nutzung einer Lithiummetallanode wird hierfür als essentiell betrachtet. Allerdings stellen die hohe Reaktivität metallischen Lithiums in Kombination mit einer regelmäßig inhomogenen Abscheidung während des Zyklisierens die Forschung und Entwicklung zu diesem Thema vor große Herausforderungen. Im ALANO-Vorhaben wird dieses Problem systematisch und umfangreich angegangen, indem eine Vielfalt an verschiedenen Ansätzen für die Realisierung langzeitstabiler Lithiummetallanoden untersucht wird, inklusive funktionaler Beschichtungen auf einer Lithiummetallelektrode und für sog. „Lithiummetall-freie“ Elektrodenkonzepte. Dies geschieht in Kombination mit der Nutzung von fortschrittlichen Festelektrolyten, im engen Austausch mit dem Kompetenzcluster „FestBatt“, wobei im Teilvorhaben des KIT-HIU der Fokus auf polymeren Systemen liegt. Das Ziel ist eine signifikante Steigerung der elektrochemischen Leistungsfähigkeit bei gleichzeitiger Beachtung wichtiger Aspekte wie Sicherheit und Recycling. Das KIT-HIU ist mit seiner langjährigen Erfahrung auf dem Gebiet der Lithium-Batterie-Forschung in den zentralen Arbeitspaketen des ALANO-Vorhabens involviert. So werden am KIT-HIU die Materialien und Komponenten für die geplante Polymerroute synthetisiert, kontinuierlich optimiert und den Partnern im Verbund zur Verfügung gestellt. Zeitgleich werden zwei verschiedene Anodenkonzepte – funktional beschichtetes Lithium und „lithiummetall-freie“ Anoden – entwickelt und mit den jeweiligen Festelektrolytkomponenten elektrochemisch charakterisiert. Das Ziel sind Demonstrator-Batteriezellen in unterschiedlicher Konfiguration, welche in ihrer elektrochemischen Leistungsfähigkeit über dem Stand der Technik liegen. Das hohe Maß an Expertise im Konsortium und die enge Verknüpfung der Tätigkeiten während des Vorhabens versprechen hohe Erfolgsaussichten zur Erreichung dieses Ziels.