Keramische Kathoden

Coating Bluegloves
© WWU / MEET
Phyche023 - Bluegloves
Beschichtung eines Aluminiumstromsammlers mit einer Kathodenpaste im Labormaßstab
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Da die derzeitig verwendeten Kathodenmaterialien den Flaschenhals der Lithium-Ionen-Technologie im Hinblick auf Kosten sowie Kapazität darstellen, ist die Suche nach einer neuen Generation von Kathoden mit erhöhter Kapazität, guter Ratenfähigkeit, hohem Arbeitspotential sowie langem und sicherem Zyklenleben besonders im Hinblick auf den Betrieb in großformatigen Zellen unerlässlich.

Auf Schichtoxiden basierte Kathoden dominieren den Markt für Lithium-Akkumulatoren seit Beginn. Jedoch weist das grundlegende Material Lithium-Kobaltoxid (LiCoO2) Nachteile auf, die es für den Einsatz in Großbatterien ungeeignet machen. So wirkt sich neben der Toxizität und dem hohen Preis auch das Auftreten irreversibler Phasenumwandlungen beim Überladen negativ auf dessen Einsetzbarkeit aus. So verwendet man LiCoO2 lediglich in kleinen Zellen wie für Laptops, Mobiltelefone oder Digitalkameras. Eine neuartige Kathode für Großzellen etwa zum Einsatz als stationärer Energiespeicher oder in Hybrid- oder vollelektrischen Fahrzeugen wird dringend benötigt.

Seit Beginn der Forschungsaktivitäten im Mai 2012 hat die Nachwuchsforschergruppe bereits zahlreiche Kathodenmaterialien verschiedener Strukturklassen erfolgreich synthetisiert und untersucht.  Die Forschungsinteressen lassen sich in drei Punkte untergliedern: 

  • Erforschung neuer Materialklassen und -zusammensetzungen
  • Kontrolle der Partikelmorphologie zur Verbesserung der elektrochemischen Performanz / Erforschung der Wechselbeziehung zwischen elektrochemischer Leistungsfähigkeit sowie Partikelform und -größe
  • Entwicklung neuartiger Syntheserouten und Bestimmung des bestmöglichen Weges zur Hochskalierung und Kommerzialisierung der Materialsynthese

Neben den keramischen Kathoden werden auch nicht-keramische Kathoden, wie organische und graphitische Kathodenmaterialien, im Bereich Ausgewählte Materialien am MEET untersucht.