Neue Anodenmaterialien auf der Basis komplexer Li-reicher intermetallischer Verbindungen

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Der Einsatz von Li-Hochleistungsbatterien als Energiespeicher für Kraftfahrzeuge mit Elektroantrieb ist aktuell durch die verfügbaren Materialien limitiert und erfordert Verbesserungen in allen Komponenten. Zurzeit sind ausschließlich Anoden auf Graphit- Basis im kommerziellen Einsatz, nachdem einige Anbieter alternative intermetallische Anoden aufgrund der ungenügenden Leistungsmerkmale wieder vom Markt genommen haben. Dies belegt den aktuellen Forschungsbedarf zur Untersuchung der Wirkungs- und Ermüdungsmechanismen in intermetallische Anoden, da nur so verbesserte Materialien mit höheren Kapazitäten und besseren Lebensdauern entwickelt werden können. Die komplexen Anforderungen können nur von Kompositmaterialien aus mehreren Komponenten erfüllt werden, bei denen die zugrunde liegende Gefügestruktur auf der Längenskala von einigen Nanometern eine wesentliche Rolle spielt. Für die Aufklärung solcher nanoskaligen Kompositstrukturen in verschiedenen Lade- und Ermüdungszuständen wird eine methodische Weiterentwicklung benötigt. Im Rahmen dieses Projekt wird deshalb zusätzlich die Auger-Elektronenspektroskopie etabliert, die im Gegensatz zur Photoelektronenspektroskopie durch die Anregung mit einem fokussierbaren Elektronenstrahl eine Ortsauflösung von ca. 10 nm ermöglicht und auch auf Li-Verteilungen anwendbar ist. Im Vordergrund stehen komplexe Li-reiche Verbindungen, die im lithiierten Zustand eine homogene Mischreihe bilden, im delithiierten Zustand aber lokal zur Entmischung neigen. Besonders aussichtsreich sind hier das System LiAl-LiZn und davon abgeleitete Mischreihen anderer binären Zintl-Phasen. Anhand dieser Systeme sollen zum einen die ortsaufgelösten Charakterisierungsverfahren für intermetallische Kompositmaterialien weiterentwickelt werden. Zum anderen sind durch Optimierung der Mikrostruktur, auch durch den Einsatz von speziellen Additiven zur Beeinflussung der SEI-Bildung (Solid Electrolyte Interface), die Leistungsmerkmale von solchen Anoden bis hin zu einer kommerziellen Einsetzbarkeit zu verbessern.