Konzeptstudien für neuartige Lithium-Ionen-Zellen auf der Basis von Werkstoff-Innovationen (KoLiWIn). Schlussbericht zum Teilprojekt AP 150/321. Projektlaufzeit: 01.07.2009 - 30.06.2012
(Deutsch)
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Die gezielte Strukturierung von Stromableitern mit nanostrukturierten (1D, 2D) Etektrodenmaterialien mittels CVD scheint vielversprechend für die Realisierung neuartiger Zellkonzepte. Der gasphasenbasierte Prozess erlaubt auch die homogene Modifizierung komplexer Stromableiterarchitekturen (z.B. poröse Metallschäume), was gerade für den Aufbau dreidimensional strukturierter Batterien interessant ist. Die Verwendung von multimetallischen S/ngfe-Source-Präkursoren ist darüberhinaus geeignet, um komplexe Phasenzusammensetzungen und Materialstrukturierungen zu erzielen. Allerdings zeigen die im Projekt gewonnenen Ergebnisse, dass eine externe Strukturstabilisierung der Nanodrähte notwendig ist, um eine ausreichende Zykienstabilität zu erreichen. Dahingehend müssen zukünftig noch weitere Anstrengungen unternommen werden. Elektrospinnen von selbsttragenden Kompositnanofaserelektroden ist innovativ und ließe sich möglicherweise auch in einem größeren technischen Maßstab verwerten, da die Methode skalierbar ist (vgl. Abbildung 2-33). Im Fall der LiFe1-yMnyPO4-Kathoden waren die genutzten Edukte darüber hinaus kommerziell erhältlich und kostengünstig Durch die Nanokompositstruktur mit dem anorganischen Aktivmaterial und dem leitfähigkeitssteigernden Kohlenstoff waren die erhaltenen Nanofaserelektroden mechanisch flexibel, was ihre Verarbeitung vereinfacht und neuartige Batteriekonzepte erlaubt (vgl. Abbildung 2-34). Aufgrund ihrer hohen Porosität wiesen sie eine gute Elektrolytzugänglichkeit auf und aufgrund der vielen Faser- Faser-Knotenpunkte in dem Netzwerk war für eine hohe Ladungsträgermobilität gesorgt, wodurch eine hohe Stromdichteverträglichkeit erreicht wurde. Die Autoren verfolgen das Ziel, diese Strukturen weiter zu verbessern und das Verfahren bspw. zu nutzen, um dreidimensionale Batterieanordnungen aufzubauen. Hierdurch könnten neue Zellkonzepte entwickelt werden, die Gewichtseinsparungen (Stromabieiterfolie, etc.) ermöglichen und somit zu höheren praktisch nutzbaren Zellkapazitäten führen. Entsprechend laufen Bemühungen mit einzelnen Projektpartnern Folgeprojekte zu generieren.
Konzeptstudien für neuartige Lithium-Ionen-Zellen auf der Basis von Werkstoff-Innovationen (KoLiWIn). Schlussbericht zum Teilprojekt AP 150/321. Projektlaufzeit: 01.07.2009 - 30.06.2012