Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWSAktive und passive Materialien bestimmen maßgeblich die Leistungsfähigkeit von Batteriezellen. Die ganzheitliche Bewertung der Materialien umfasst die chemische und strukturelle Charakterisierung sowie die Verarbeitung zu Elektroden und Zellen sowie deren elektrochemische Untersuchung. Elektrochemische Eigenschaften können so mit strukturellen Eigenschaften korreliert werden. Eigene Maßstäbe setzen wir mit der Entwicklung neuer Elektrodenmaterialien für Lithium-Ionen-, Lithium-Schwefel- und Festkörperbatterien.
Neue Aktivmaterialien für Lithium-Ionen-Batterien
Silizium-Anoden versprechen deutliche Steigerungen der Energiedichte von Lithium-Ionen-Batteriezellen im Vergleich zu herkömmlichen Grafitanoden. Das Fraunhofer IWS erforscht den Einsatz dieses Materialsystems mit bis zu 100 Prozent Si-Anteil. Lösungsansätze zur Kompensation der starken Volumenänderungen bei der Lithiierung auf Material- und Elektrodenebene werden dabei untersucht. Eine aktuelle Forschungsarbeit finden Sie hier:
- Schlaier, J. et al.: Electrochemical Patterning of Cu Current Collectors: An Enabler for Pure Silicon Anodes in High‐Energy Lithium‐Ion Batteries
Advanced Materials Interfaces, July 2022, DOI: 10.1002/admi.202200507
https://publica.fraunhofer.de/entities/publication/1b8bc28a-1f94-4660-9f6e-bba74e95b864
Materialforschung für die Lithium-Schwefel-Batterie
Die Entwicklung von Li-S-Batterien bildet seit 2010 einen Forschungsschwerpunkt am Fraunhofer IWS. Poröse Kohlenstoffmaterialien, eigene Elektrolytsysteme und neue Anodenkonzepte werden in Knopf- und Pouchzellen eingesetzt und anwendungsnah untersucht. So wird ein ganzheitliches Grundlagenverständnis aufgebaut und die Innovationen in einem Patentportfolio geschützt. Dies bildet die Basis für die Entwicklung ultraleichter Prototypzellen für neue Anwendungsfelder.
- Schmidt, F. et al.: The importance of swelling effects on cathode density and electrochemical performance of lithium-sulfur battery cathodes produced via dry processing
Energy technology, 10 (2022), Nr. 2, Art. 2100721, DOI: 10.1002/ente.202100721
https://publica.fraunhofer.de/handle/publica/271359
Werkstoffinnovationen für die Festkörperbatterie
Sulfidische Festelektrolyte zeichnen sich durch eine hohe Ionenleitfähigkeit und gute Verarbeitbarkeit aus und bilden die Basis für eine neue Generation von hochleistungsfähigen Batteriezellen. Gleichzeitig bedarf es einer Anpassung an die Elektrodenmaterialien und neuer Konzepte insbesondere für die Anode. Hier setzt das Fraunhofer IWS mit eigenen Innovationen an und konnte beispielsweise erstmalig den Einsatz von 100-Prozent-Siliziumanoden in Vollzellen demonstrieren. Poröse Kohlenstoffe bieten zudem einen neuen Ansatz zur Speicherung von metallischem Lithium in der Festkörperbatterie-Anode.
- Cangaz, S. et al.: Surface Functionalization of LiNi7.0Co0.15Mn0.15O2 with Fumed Li2ZrO3 via a Cost-Effective Dry-Coating Process for Enhanced Performance in Solid-State Batteries
Batteries & Supercaps, May 2022, DOI: 10.1002/batt.202200100
https://publica.fraunhofer.de/entities/publication/54b237a9-1b48-49c0-9b41-aca202b1b692