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Technische Universität Berlin

Stabsstelle Kommunikation

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Bundesministerium für Bildung und Forschung

Bundesministerium für Bildung und Forschung
Referat 511: Neue Werkstoffe, Nanotechnologie; KIT

Bundesministerium für Bildung und Forschung
Referat 523: Werkstoffinnovationen, Batterie; Hereon, KIT

Bundesministerium für Bildung und Forschung
Referat 525: Batterieforschung; KIT

Referat 525: Batterieforschung; KIT

Bundesministerium für ­Forschung, Technologie und Raumfahrt Referat 525: Batterieforschung; KIT

Bundesministerium für ­Forschung, Technologie und Raumfahrt

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Gegenstand des Verbundvorhabens DIALYSORB ist die Entwicklung maßgeschneiderter Kohlenstoffmaterialien als negative Elektrode („Anodenmaterial“) für Natriumionenbatterien (NIBs). Natriumionenbatterien gelten aufgrund vieler Parallelen und analogen Prozessschritten zur bereits etablierten Lithiumionentechnologie als attraktive „Drop-in“-Technologie. Ziel ist es dabei, Batterien mit hoher Energiedichte auf Basis nachhaltiger, ressourcenschonender Materialien zu entwickeln. Neben zahlreichen Forschungseinrichtungen arbeiten bereits auch zahlreiche Firmen/Startups auf diesem Thema, z.B. in China , Frankreich, Großbritannien, Indien oder den USA. Ein Flaschenhals der Technologie ist derzeit die negative Elektrode. Da Graphit nur in Spezialfällen (high power) für NIBs nutzbar ist, gelten ungeordnete Kohlenstoffe sogenannte Hard Carbons als besonders aussichtsreich.
Der Speichermechanismus für Natrium in diesen Kohlenstoffen ist sehr komplex und hängt, wie neuere Untersuchungen belegen, stark von der inneren Porosität ab. So zeigen Materialien mit unterschiedlicher innerer Struktur deutlich unterschiedliche Kapazitäten. Gleichzeitig muss die Grenzflächenrauigkeit reduziert werden, um die irreversible Kapazität möglichst gering zu halten. Bei aktuell genutzten/erforschten Materialien sind innere Struktur und Grenzfläche nicht unabhängig voneinander eingestellt. Wenig poröse Hard Carbons haben Grenzflächen mäßiger Rauigkeit, während poröse Kohlenstoffe sehr raue Grenzflächen aufweisen. Im Projekt 
DIALYSORB werden beide Aspekte getrennt adressiert, indem der Speichermechanismus in den Poren von den mit der Oberflächenrauigkeit verbundenen Verlustreaktionen räumlich getrennt wird. Dabei stehen das Verständnis der Struktur-Eigenschafts-Beziehungen in funktional aufgebauten Kohlenstoffmaterialien im Vordergrund, um das technische Potential dieser Materialklasse erstmals beziffern und voll ausschöpfen zu können. Dies geschieht durch die Entwicklung und Testung von neuartigen Kohlenstoffen. 
Mit Hilfe von Anoden mit einer speziellen Struktur, soll erstmals die Bestimmung der theoretisch möglichen Kapazität möglich werden. So wird eine realistische Einschätzung des Anwendungspotentials, unter Berücksichtigung der Gefahr zur Dendritenbildung, ermöglicht. Zur Bestimmung der Struktur-Eigenschafts-Beziehungen werden operando-Methoden eingesetzt. Optimierte Anodenmaterialien werden mit dem Augenmerk auf eine kommerzielle Anwendung und unter Berücksichtigung der Batteriesicherheit auch in Pouchzellen (Vollzellen) getestet.

Molekularsiebende Kohlenstoffe als hochkapazitive und stabile Anoden in Natrium-Ionen-Batterien

Herr Dr. Tim-Patrick Fellinger

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Fachbereich Elektrochemische Energiematerialien

Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung

Referat Kommunikation/Marketing

Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung Abteilung Gefahrgutumschließungen; Energiespeicher Fachbereich Elektrochemische Energiematerialien

Abteilung Gefahrgutumschließungen; Energiespeicher

Gegenstand des Verbundvorhabens DIALYSORB ist die Entwicklung maßgeschneiderter Kohlenstoffmaterialien als negative Elektrode („Anodenmaterial“) für Natriumionenbatterien (NIBs). Natriumionenbatterien gelten aufgrund vieler Parallelen und analogen Prozessschritten zur bereits etablierten Lithiumionentechnologie als attraktive „Drop-in“-Technologie. Ziel ist es dabei, Batterien mit hoher Energiedichte auf Basis nachhaltiger, ressourcenschonender Materialien zu entwickeln. Neben zahlreichen Forschungseinrichtungen arbeiten auch einige internationale Firmen/Startups auf diesem Thema, z.B. in China, Frankreich, Großbritannien, Indien oder den USA. Ein Flaschenhals der Technologie ist derzeit die negative Elektrode. Da Graphit nur in Spezialfällen (high power) für NIBs nutzbar ist, gelten ungeordnete Kohlenstoffe (disordered carbons, DCs) als besonders aussichtsreich. Der Speichermechanismus für Natrium in diesen Kohlenstoffen ist sehr komplex und hängt, wie neuere Untersuchungen belegen, stark von der inneren Porosität ab. So kann durch genau eingestellte Poren die Kapazität deutlich erhöht werden. Gleichzeitig muss die Grenzflächenbildung optimiert werden, um die irreversible Kapazität möglichst gering zu halten. Im Projekt DIALYSORB werden beide Aspekte adressiert, indem der Speichermechanismus in den Poren von den Verlustreaktionen räumlich getrennt wird.
Zentrale Aufgaben des Teilvorhabens an der BAM sind die Entwicklung von porösen Materialien, das elektrochemische Screening der entwickelten Anoden in Halbzelltests und die sicherheitstechnische Betrachtung des thermischen Durchgehens von finalen, aus dem Projekt entstehenden Vollzellen. Spezielle Synthesemethoden für die Materialherstellung und -optimierung, sowie spezielle Methoden der Charakterisierungen der Materialstruktur werden genutzt bzw. erarbeitet.

Entwicklung von Kernmaterialien in neuartigen Kern-Schale-Kohlenstoffanoden für Natriumionenbatterien

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Arbeitseinheit NMT: Neue Materialien und Chemie

Projektträger Jülich Arbeitseinheit NMT: Neue Materialien und Chemie

Projektträger Jülich

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[verbundprojekt]

[Verbundprojekt]

Institut für Chemie

Technische Universität Berlin Institut für Chemie

Herr Prof. Dr. Arne Thomas

Prof. Dr.

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Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH

Abteilung Kommunikation

Analytik, Zelle

Forschergruppe Operando Battery Analysis

Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH Forschergruppe Operando Battery Analysis

Laufzeit	01.08.2021 - 31.07.2025
Ausführende Stelle	TU Berlin • Inst Chem
Standort	Berlin
Fördersumme	342.793,00 €
Projektvolumen	342.793,00 €
Fördergeber	BMFTR

Projekt

DialySorb

Molekularsiebende Kohlenstoffe als hochkapazitive und stabile Anoden in Natrium-Ionen-Batterien

Projektbetreuung als

Institut für Chemie

Technische Universität Berlin

Förderung

Dieses Projekt ist Teil des Verbundprojekts

DialySorb

Weitere Teilprojekte des Verbundvorhabens

Teilprojekt 1

Laufzeit:

Förderkennzeichen:

Fachbereich Elektrochemische Energiematerialien

Teilprojekt 3

Laufzeit:

Förderkennzeichen:

Forschergruppe Operando Battery Analysis

Dieses Projekt ist Teil der Förderinitiative

Batterie 2020 (Transfer)

Teilprojektleitung

Institut für Chemie

Teilprojektleiter*in

Pressekontakt

Verbundprojektkoordination

Fachbereich Elektrochemische Energiematerialien

Verbundprojektkoordinator*in

Pressekontakt

Links

Abschlussberichte und sonstige Veröffentlichungen in der TIB –Leibniz-Informationszentrum Technik und Naturwissenschaften und Universitätsbibliothek