ExcellBattMat-Zentrum Dresden
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Projekt

Strukturmechanische Kathodenadaption an Silizium- und Lithium-basierte Anodenwerkstoffe (KaSiLi)

REM-Aufnahme einer Siliziumschicht mit definierter Struktur. Über die gezielte Einstellung von Struktur und Dicke der Schichten lassen sich die Eigenschaften der Anoden in der Batterieanwendung steuern.
© Fraunhofer IWS Dresden
REM-Aufnahme einer Siliziumschicht mit definierter Struktur. Über die gezielte Einstellung von Struktur und Dicke der Schichten lassen sich die Eigenschaften der Anoden in der Batterieanwendung steuern.

Das Konsortium des EBZ Dresden erforscht im Rahmen des Projektes KaSiLi (Strukturmechanische Kathodenadaption für Silizium- und Lithiumwerkstoffe) Schlüsselkomponenten für eine neue Batterie-Generation mit einer deutlichen Steigerung der Energiedichte gegenüber heutigen Lithium-Ionen-Zellen.

Dünne Schichten aus Lithium- oder Silizium bilden die Anoden dieser Batteriezellen und ermöglichen durch ihre hohe spezifische Kapazität den Sprung in der Energiedichte von bis zu 70 %. Ein fundamentales Verständnis für die elektrochemischen und strukturellen Materialeigenschaften, neue Methoden zur Herstellung der Elektrodenwerkstoffe, sowie ein ganzheitlicher Ansatz unter Berücksichtigung von Kathoden- und Zelldesign sind die Voraussetzung für den Erfolg dieses Vorhabens.

Die neuen Batteriegenerationen können perspektivisch durch ihr geringeres Gewicht und Volumen die Reichweite von Elektrofahrzeugen entscheidend erhöhen und neue Anwendungen (z.B. in der elektrischen Luftfahrt) ermöglichen.

Themenkomplexe

 

© Fraunhofer IWS Dresden

Themenkomplex 1

Elektrodenmaterialien

Die Elektroden sind Schlüsselkomponenten der Batteriezelle und die Elektrodenstruktur ist entscheidend für die Zelleigenschaften.

Dementsprechend werden in diesem Themenschwerpunkt neue Elektrodenwerkstoffe entwickelt und hinsichtlich ihrer mechanischen und elektrochemischen Eigenschaften untersucht.

Elektrodenmaterialien
 

© Fraunhofer IKTS Dresden

Themenkomplex 2

Zellentwicklung

In der Batteriezelle werden negative und positive Elektrode, sowie Elektrolyte und Separatoren zusammengeführt. Eine Abstimmung aller Komponenten hinsichtlich elektrochemischer, aber auch strukturmechanischer Eigenschaften ist entscheidend für eine hohe Qualität und verbesserte Funktionen der Batterie. In diesem Themenschwerpunkt steht somit die ganzheitliche Entwicklung von Batteriezellen im Vordergrund.

Zellentwicklung
 

© Leibniz IFW

Themenkomplex 3

In-situ Charakterisierung

Um ein Grundlagenverständnis für die komplexen, elektrochemischen Vorgänge beim Betrieb der Batteriezelle zu erlangen, sind neue Methoden zur in-situ-Charakterisierung gefordert. Untersuchungen der Materialzusammensetzung mittels spektroskopischer Methoden und die strukturelle Charakterisierung mittels Diffraktion werden eingesetzt, um die neuen Zellsysteme im laufenden Betrieb zu analysieren.  

In-situ Charakterisierung