In-situ Charakterisierung

Während des Ladens/Entladens einer Batterie laufen im Elektrodenmaterial normalerweise verschiedene physikalische und chemische Prozesse ab, wie z.B. Volumenänderungen, strukturelle und elektronische Übergänge sowie strukturelle Degradation. Diese Prozesse beeinflussen erheblich das elektrochemische Verhalten und müssen deswegen ausführlich untersucht werden, um die Leistung der Batterie aufrechtzuerhalten oder zu verbessern.

Operando-Röntgendiffraktometrie (XRD) und Operando-Röntgenabsorptionsspektroskopie (XAS) sind effiziente und komplementäre Analysemethoden, die es ermöglichen, physikalische und chemische Veränderungen in Elektrodenmaterialien während des Batteriebetriebes zu verstehen.

In diesem Schwerpunkt wird eine detaillierte Charakterisierung der am EBZ Dresden entwickelten neuartigen Siliziumanoden und Oxidkathoden mittels Operando-XRD und XAS durchgeführt werden. Ziel ist es, die zugrunde liegenden Redox- und Degradationsmechanismen zu verstehen und dadurch neue Materialien mit erhöhter Energiedichte und Zyklenstabilität zu entwickeln.

Die Erforschung und das Verständnis der chemischen und elektrochemischen Reaktionen am Interface zwischen der Elektrode und dem Elektrolyt ist einer der Hauptprobleme um Strategien für den sicheren Betrieb und eine hohe Anzahl an Ladungszyklen zu entwickeln. Neben verschiedenen in situ Charakterisierungsmethoden ist die Ramanspektroskopie eine zerstörungsfreie und oft genutzte Methode um die Zusammenhänge zwischen den strukturellen und den elektrochemischen Verhalten der Elektrodenmaterialien, der Elektroden-Elektrolyt-Zwischenschicht und dem Elektrolyt zu untersuchen.

In diesem Projekt bringt das NaMLab seine Expertise in der Herstellung von Anodenstrukturen mit besonders hoher Kapazität basierend auf Silizium-Nanodrähte ein und untersucht diese mit Ramanspektroskopie. Dies erlaubt die Schlussfolgerung über strukturelle und elektrochemische Veränderungen in den Komponenten der Akkumulatoren. Mit Hilfe der in situ Ramanspektroskopie werden die Akkumulatorenkomponenten auf Veränderungen untersucht um die Elektroden-Elektrolyt-Zwischenschicht währen des Auf- bzw. Entladens zu charakterisieren. Dies ermöglicht ein besseres Verständnis über die Degradationsmechanismen.