Werkstoffentwicklung hierarchisch strukturierter Kompositmaterialien für elektrochemische Energiespeicher

Die zentrale Herausforderung für neue elektrochemische Speicher ist die Entwicklung neuer, spezifisch auf die jeweiligen Anwendungen angepasster Werkstoffe. Das interdisziplinäre Konsortium des Verbundprojekts HiKoMat widmet sich deshalb der Optimierung von Partikel- und/oder Elektrodenstrukturen im Hinblick auf die spezifische Anwendung bzw. das entsprechende Zelldesign.

Es werden drei Klassen von Aktivmaterialien in den Fokus der Arbeiten gestellt: Phosphate, Silicate und Fluoride. Alle drei Materialklassen zeigen für zukünftige Energiespeicher ein hohes Potenzial und werden durch energieeffiziente und prinzipiell industriell hochskalierbare Verfahren hergestellt. Die Verbesserung der elektronischen Leitfähigkeit dieser Materialien ist zwingend erforderlich, um deren Einsatz in Hochleistungszellen, z. B. für die Elektromobilität, zu ermöglichen.

Das Gesamtziel des Projektes HiKoMat ist ein detailliertes Verständnis der Prozess-Struktur-Eigenschaftsbeziehungen hierarchisch strukturierter Kompositmaterialien und daraus folgend die Optimierung für die Anwendung in elektrochemischen Energiespeichern für die Elektromobilität. Wesentlicher Ansatzpunkt von HiKoMat ist es, ein grundlegendes Verständnis des Zusammenhangs zwischen den Herstellungs- und Prozessparametern einerseits, und den daraus resultierenden geometrischen Strukturen sowie der Partikel- und Zelleigenschaften in Bezug auf Transport und Mechanik andererseits zu erlangen.

Die Aufklärung der Prozess-Struktur-Eigenschaftsbeziehungen auf rein experimentellem Wege ist nicht machbar. Daher werden erstellte 3D-Realstrukturen ausgehend von bildgebenden Verfahren mathematisch beschrieben. Die wesentlichen elektrischen und elektrochemischen Kenngrößen werden gemessen. Auf Basis der mit Hilfe von numerischen Simulationen gefundenen, oben erwähnten Zusammenhänge werden Designkriterien für die weitere Entwicklung der hierarchisch aufgebauten Kompositwerkstoffe generiert.

Quelle: https://www.enargus.de/pub/bscw.cgi/?op=enargus.eps2&v=10&q=%2201169189/1%22&id=2834286 (jüngster Zugriff: 07.03.2017)