Festelektrolyte als Enabler für Lithium-Zellen in automobilen Anwendungen

Das Projekt strebt an, mit der Erforschung zukünftiger Lithium-(Ionen-)Technologien die Technologieführerschaft im Bereich reversibler Energiespeicher und Elektromobilität in Deutschland zu sichern. Der Schwerpunkt liegt auf der Erforschung von keramischen Werkstoffen, um damit zukünftige Batterietechnologien zu erschließen. Durch den komplementären Einsatz von experimentellen Untersuchungen sowie Modellbildung und Simulation soll die zielgerichtete Entwicklung von zukunftsträchtigen Materialien, Elektrodenstrukturen und Zellkonzepten ermöglicht werden.

Die Arbeiten am Karlsruher Institut für Technologie, Institut für Angewandte Materialien sind im betreffen Elektroden- und Zelldesign, Zellbau und Zelltest. Sie werden an den Teilinstituten Werkstoffe der Elektrotechnik (IAM-WET) und Energiespeichersysteme (IAM-ESS) durchgeführt.

Dies umfasst am IAM-WET die 3D-Rekonstruktion und die detaillierte elektrochemische Charakterisierung von Elektroden und Zellen über Impedanzspektroskopie und hochauflösende Auswerteverfahren sowie die Entwicklung homogenisierter (Ersatzschaltbild-) und räumlich aufgelöster Modelle. Aus Simulationsrechnungen werden die Potentiale verschiedener Materialsysteme und Elektrodenkonfigurationen abgeleitet, die optimalen Mikrostrukturparameter für ausgewählte Materialsysteme unter Berücksichtigung experimentell bestimmter Material- und Grenzflächeneigenschaften bestimmt und die Übertragbarkeit vom Modellsystem in die Vollzelle analysiert.

Das IAM-ESS trägt primär dazu bei, durch umfassende chemisch-strukturelle Analysen die wichtigsten Funktions- und Ermüdungsmechanismen zu identifizieren und möglichst weitgehend auch zu quantifizieren.

Neben der Nutzung der Ergebnisse in zukünftigen Batteriesystemen durch die am Projekt beteiligten Industriepartner steht am IAM die Ausbildung von Studierenden (Abschlussarbeiten im Rahmen des Projektes, Integration der Ergebnisse in die Lehre) sowie die Publikation der wissenschaftlichen Ergebnisse im Vordergrund. Neue Erkenntnisse zur All-solid-state-Batterie und die für die zielgerichtete Entwicklung dieser notwendigen Verfahren und Modelle werden die Grundlage für zukünftige Forschungsprojekte und Industriekooperationen in diesem Bereich bilden und – in adaptierter Form – auch in anderen Forschungsfeldern eingesetzt werden.