Lithium-Solid-Electrolyte Interfaces

Die Zersetzung von Festelektrolyten stellt einen bedeutenden Engpass für aktuelle Festkörperbatterien dar, insbesondere im Hinblick auf Redox-Prozesse an Elektrodenoberflächen, einschließlich der Li-Metall-Grenzflächen und Verbundkathoden. Hochohmige Grenzflächen (aufgrund reaktiver Ablagerungen) beeinträchtigen den Ladungsträgertransport und schränken dadurch die erreichbaren elektrochemischen Eigenschaften wie beispielsweise die Ladekapazität, die Zyklen-Stabilität und die Lebensdauer von elektrochemischen Speichergeräten ein. Studien während der ersten LISI-Phase haben gezeigt, dass die derzeitigen Degradationsmechanismen von den Materialeigenschaften an der Grenzfläche abhängen. Daher werden die Forschungsaktivitäten im Rahmen von LISI-2 neue Materialien, wie z.B. beschichtete aktive Kathodenmaterialien (z. B. LiNbO3 auf NMC), polymerbasierte Schutzschichten auf Li-Metallelektroden und “anodenfreie” Zelldesigns berücksichtigen, wodurch sich neue Möglichkeiten und wissensbasierte Strategien zur Gestaltung von Elektroden-Elektrolyt-Interphasen ergeben.

Methodisch werden die gemeinsamen Forschungsanstrengungen durch Integration experimenteller Messungen und Computersimulationen gefördert. Trotz beachtlicher Erfolge in der ersten Förderperiode von LISI haben die Aktivitäten insgesamt nur an der Oberfläche gekratzt, so dass die wichtigsten Merkmale der Forschungsstrategie von LISI-2 denen von LISI ähneln. Dazu gehören (1) die Analyse von Ladungstransfermechanismen, (2) die Bestimmung der chemischen Zusammensetzung von Grenzflächen/Interphasen und die Untersuchung ihrer transienten Veränderungen sowie (3) die Überwachung lokaler Defektbildungen bei höheren Stromdichten.

Quelle: https://www.fz-juelich.de/de/iek/iek-9/projekte/lisi-2-lithium-solid-electrolyte-interfaces (jüngster Zugriff: 17.06.2024)