Record #240059 - iMPULSE

DFG project G:(GEPRIS)424815519

Designkriterien zum Aufbau der Kristallstruktur von Zero-Strain-Kathodenmaterialien für Lithiumionenbatterien

Coordinator	Dr. Joachim Rudolf Binder ; Professor Dr. Christian Elsässer
Grant period	2020 - 2024
Funding body	Deutsche Forschungsgemeinschaft
	DFG
Identifier	G:(GEPRIS)424815519

Note: Zero-Strain (ZS) Elektrodenmaterialien, bei denen die Be- und Entladung von Kristallstrukturen mit Lithiumionen ohne große Volumenänderungen erfolgen kann, sind für die Verbesserung der Lebensdauer von Lithiumionen¬batterien sehr attraktiv. Während Lithiumtitanat-Spinell, ein ZS-Anodenmaterial, trotz im Vergleich zum Graphit deutlich geringerer Energiedichte bereits in kommerziellen Batteriezellen eingesetzt wird, sind die derzeit bekannten ZS-Kathodenmaterialien noch ausschließlich von wissenschaftlichem Interesse. Es lassen sich anhand dieser Verbindungen jedoch noch keine offensichtlichen Parallelen im Kristallaufbau ableiten, aus denen auf ein ZS-Verhalten zu schließen und eine gezielte Darstellung von neuartigen ZS-Kathodenmaterialien möglich wäre. Mit dieser Problemstellung befasst sich der vorliegende Projektantrag: Gibt es kristallstrukturchemische Designkriterien für eine gezielte Entwicklung von ZS-Kathodenmaterialien? Was für strukturelle, chemische und mechanische Eigenschaften machen das Auftreten eines ZS-Effekts bei einem Lithiumionen speichernden Kristallsystem wahrscheinlich? Hierzu wird der Fokus auf den Mechanismus der Mischkristallbildung der zwei bekannten ZS-Materialien K0,6FeF3 und LiCaFeF6 gelegt. Bei beiden Strukturtypen können durch Substitution der Kationen fundamentale Erkenntnisse darüber gewonnen werden, welche strukturellen Änderungen den ZS-Effekt begünstigen bzw. kontraproduktiv sind. Dazu sind aufeinander abgestimmte experimentelle Materialsynthese und –charakterisierung am IAM in Karlsruhe sowie theoretische Materialmodellierung und –simulation am FMF in Freiburg beabsichtigt, um Stöchiometrie-Struktur-ZS-Eigenschaftsbeziehungen potentieller ZS-Kathodenmaterialien aufzuklären. Mit diesem Projekt sollen für Li+-Elektrodenmaterialien kristallstrukturchemisch wesentliche Voraussetzungen für ein ZS-Verhalten erkannt und erklärt werden, und idealerweise können dann anhand solcher Designkriterien neue ZS-Verbindungen gezielter herstellbar werden.

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Record created 2023-01-20, last modified 2024-09-27

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