Entwicklung und Charakterisierung von großflächigen, porösen Silicium-Film-Anoden für Lithium-Schwefel-Silicium-Energiespeicher

Die CAU untersucht die Mechanismen, die zu der exzellenten Leistung der Mikrodrahtanoden führen, um sie, auf die von Rena erzeugten Folien, zu übertragen. Neben der Struktur der Anode spielt hier die Wechselwirkung von Anodenmaterial und Elektrolyt eine wichtige Rolle sowie die Optimierung der Ladeparameter während der ersten Zyklen. Ein nicht zu verachtender Parameter ist hierbei die Veränderung der Mikrostruktur des Siliciums während des Ladevorgangs.

Die von Rena erzeugten Siliciumfolien werden bei der CAU weiter zu Halbzellen prozessiert und analysiert. Für eine zielgerichtete Arbeitsweise ist die Charakterisierung der hergestellten Siliciumfolien erforderlich. Dazu wird eine geeignete Charakterisierungsmethode entwickelt und bei den Partnern etabliert.

Um leistungsfähige Vollzellen herzustellen, ist außerdem eine Kathode notwendig, die für die hohen Flächenladungsdichten der Silicium-Anode geeignet ist. An der Universität Kiel werden Schwefelkathoden entwickelt, welche auf hierarchischen Graphitgerüststrukturen basieren. Bisherige Ergebnisse weisen bereits eine hohe Kapazität von 1.170 mAh/g auf der Kathodenseite auf. Diese Strukturen werden aus mit Kohlenstoffnanoröhren beschichteten ZnO-Tetrapoden gewonnen, aus denen das ZnO herausgelöst wird. Durch diese neuartige Struktur lässt sich die Druckfestigkeit des Kohlenstoffnetzwerkes um ein Vielfaches erhöhen. Die Porosität dieser Strukturen beträgt 85 Prozent, wodurch der Shuttleeffekt minimiert werden kann. Durch Modifikationen der Schwefelinfiltration und des Schwefels zu Elektrolytverhältnisses soll eine langzeitstabile Kathode entwickelt werden.

Schließlich fließen die gewonnenen Ergebnisse in die Herstellung und Charakterisierung von Vollzellen ein, die bei der CAU realisiert werden.