Material

Die Fraunhofer-Allianz Batterien entwickelt, optimiert und charakterisiert kundenspezifisch Materialien und Fertigungsprozesse von Batterien. Im Vordergrund stehen dabei Lithium-Ionen-Systeme und Doppelschichtkondensatoren, aber auch Redox-Flow- und Hochtemperaturspeicher (NaS, Na-Nickelchlorid) werden bearbeitet. Schwerpunkte der Forschung und Entwicklung sind eine erhöhte Toleranz gegenüber äußeren Einflüssen sowie die Verbesserung der Speichereigenschaften und der intrinsischen Sicherheit unter Berücksichtigung von Aspekten der Zellfertigung.

Erforschung, Entwicklung und Modifizierung von Elektrodenmaterialien

Auf Basis der langjährigen Erfahrungen auf dem Gebiet der Materialiensynthese, entwickelt die Fraunhofer-Allianz Batterien nicht nur innovative Elektrodenmaterialien sondern bietet auch die Möglichkeit durch die intensive Zusammenarbeit der Partnerinstitute diese Materialien zur industriellen Produktreife zu bringen.

Zentrale zugrunde liegende Technologie ist hierbei die chemische Materialsynthese. Die Synthese der Materialklasse der anorganisch-organischen Hybridpolymere (ORMOCER®e) sowie Sol-Gel- bzw. Solvothermalsynthesen zahlreicher oxidischer und nichtoxidischer Materialien (z.B. TiO2, Li4Ti5O12, Kathodenmaterialien für Lithiumionenbatterien mit Olivin- und Spinell-Typ Struktur) sind hier als Besispiele zu nennen. Die Technologien zur chemischen Materialsynthese werden durch das Know-how in der Beschichtung von Partikeln (Core-Shell-Strukturen) ergänzt. Ebenso verfügt die Fraunhofer-Allianz Batterien über Kompetenzen im Bereich der Modifikation von Oberflächen durch Funktionsschichten (Elektrodenschichten auf porösen Strukturen, Schutzschichten, Modifizierung des Benetzungsverhaltens von Flüssigkeiten) und der Herstellung poröser Strukturen. Dabei wird die Materialentwicklung durch die hervorragend und hochmodern ausgestattete Analytik unterstützt. Diese ist zentraler Ansprechpartner für analytische Fragestellungen im Rahmen industrieller Produktentwicklungen und –optimierungen. Schwerpunkte sind die (elektro-)chemische Analytik, Nanoanalytik, Schadensanalytik, Gefüge- und Schichtanalytik, akkreditierte Produkt¬prüfungen (DIN EN ISO/IEC 17025 – 2005) sowie die Grenz- und Oberflächen¬analytik und die Röntgenografie.

Verbesserte Elektrolyte und Separatoren

Die Fraunhofer-Allianz Batterien forscht und entwickelt im Bereich Materialien für Lithium-Ion Batterien mit den Schwerpunkten einer verbesserten Toleranz gegenüber äußeren Einflüssen (Temperatur, elektrische Parameter), der Verbesserung der Speichereigenschaften sowie der Verbesserung der intrinsischen Sicherheit der daraus aufzubauenden Zellen.

Ebenso werden neuartige Elektrolyte entwickelt, die nicht nur eine verbesserte Betriebssicherheit von Lithium-Ion-Batterien ermöglichen sondern gleichzeitig die Aufgabe von Separatoren übernehmen können. Einen fundierten Baustein stellen dabei anorganisch-organisch Hybridpolymere (ORMOCER®e) dar, die über günstige Ausgangsmaterialien und durch eine leichte Funktionalisierung den hohen Anforderungen der Elektrolyt/Separator Systemen gerecht werden. Eigenschaften wie Stabilität (thermische, mechanische und elektrochemische), Leitfähigkeit und Flammbarkeit können durch den Einbau geeigneter funktioneller Gruppen gezielt gesteuert werden. Die Verarbeitung der neuen Elektrolyte/Separatoren erfolgt durch das an den Partnerinstituten vorhandene Know-how für Materialentwicklung, so dass die einzelnen Materialkomponenten Elektrode(n), Elektrolyt und Separator optimal aufeinander abgestimmt werden. Hierbei kommen eigene Entwicklungen und kommerzielle Produkte, die nach Bedarf modifiziert werden, zum Einsatz. Modernste Geräte und Techniken, wie z. B. Impedanz-Spektroskopie, Cyclovoltammetrie und Li-NMR-Spektroskopie gestatten eine umfassende Analyse der in den Zellkomponenten auftretenden Reaktionsvorgänge.