Lithium-Batterien mit Luft/Sauerstoffelektrode

Das Hauptziel des Projektes LiBaLu ist es, Lösungen und Strategien für diese zentralen Probleme der Lithium-Luft-Batterien (LLB) zu finden und zu entwickeln und diese am Ende des Projektes in einem Prototypen aufzuzeigen. Innerhalb des Forschungskonsortiums werden sich die experimentellen Arbeiten sowohl mit aprotischen, organischen als auch mit wässrigen, alkalischen Elektrolyten beschäftigen, um die schlechte Ratenfähigkeit, die Entladereaktionen und das Verstopfen der Poren in der Gasdiffusionselektrode (GDE) zu minimieren oder gänzlich zu verhindern. Die Verwendung von wässrigen Elektrolyten im Zusammenhang mit der Lithium-Metall macht die Verwendung neuer Konzepte notwendig, die sich auf die Verbesserung und die Stabilisierung der Interphase zwischen dem Lithium-Metall und dem Elektrolyten beschäftigen.

Zusätzliche Strategien zur Vermeidung des Sauerstoffes auf der Lithium-Metall-Elektrode umfassen die Verwendung von Membranen, die mit keramischen Materialen gefüllt sind, um die ionische Leitfähigkeit dieser zu verbessern. Zudem wird die Entwicklung von Katalysatoren für die positive Elektrode als geeignet angesehen, um die Herausforderungen an die positive Elektrode zu verbessern bzw. zu überwinden.

Ziel ist eine wiederaufladbare LLB zu schaffen und das Verständnis für die Vorgänge in der Zelle zu erlangen, um langfristig eine zyklenstabile LLB herzustellen.

Die Forschungsaktivitäten der Arbeitsgruppe von Prof. Martin Winter (WWU) fokussieren sich auf die Weiterentwicklung und Optimierung einer Festkörper-Membran und der „Interphase”. Diese beiden Konzepte wurden schon erfolgreich im „GLANZ“-Projekt angewendet. Die Nutzung eines alkalischen, wässrigen Elektrolyten in Verbindung mit dem Lithium-Metall kann durch den Schutz der Oberfläche der Lithium-Metall-Anode unter Verwendung einer „Interphase“ erreicht werden. Diese Interphase besteht aus einem Polymerelektrolyten mit sehr guten ionischen Transporteigenschaften. Zusätzlich ist die Interphase chemisch stabil gegenüber der Lithium-Metall-Anode und schützt diese. Zusätzlich wird eine Festkörpermembran verwendet, um die Sauerstoffdichtigkeit zu gewähren und die Stabilität der Interphase zu erhöhen und mechanische Stabilität zu erreichen. Zwischen den Partner ist eine intensive Vernetzung geplant, um die Interphase und die Membran zu entwickeln und zu optimieren. Zusätzlich wird eine Festkörpermembran verwendet, um den „Crossover”-Mechanismus für Sauerstoff zu unterbinden und um die chemische Stabilität des Interfaces gegen den alkalischen wässrigen Elektrolyten zu schützen.

Die Rückmeldungen der Partner aus den individuellen Arbeitspaketen werden dazu verwendet, die Membran weiterzuentwickeln und zu optimieren, um zum Schluss des Projektes den Demonstrator der LLB zu bauen.