Forschungsprojekt ClusterBatt

Der steigende Bedarf und die hohen Anforderungen an nachhaltige, sichere und effiziente Energiespeicher können nur durch die Entwicklung neuer Materialien erfüllt werden. Ziel dieses Vorhabens ist die Erforschung eines innovativen Anodenkonzeptes für Lithium- bzw. Natrium-Batterien mit dem Potenzial, eine deutliche Steigerung der Energiedichte im Vergleich zu herkömmlichen Anoden zu erreichen. Die Auswahl und Herstellung der Materialien basieren dabei auf weltweit- und ausreichend verfügbaren Rohstoffen.

Die Schlüsselkomponente bilden Kohlenstoffe mit maßgeschneiderter, interner Porosität und chemischer Zusammensetzung, die als stabiles Gerüst für die reversible Bildung von Metallclustern (Lithium, Natrium) beim Ladevorgang dienen sollen. Das Fraunhofer-Max-Planck-Kooperationsprogramm bietet die ideale Plattform, um die wissenschaftliche Grundlagenforschung im Bereich der Metallclusterbildung in porösen Kohlenstoffen mit der Evaluierung des Anwendungspotenziales der Technologie durch die Integration in Prototyp-Batteriezellen zu kombinieren.

Die Gruppe »Batterien« am Fraunhofer ICT bringt ihre Expertise im Bereich der Entwicklung von Messzellen, Operando-Analytik sowie Alterungsuntersuchungen in das Projekt ein.

Ziele des Projekts ClusterBatt

• Grundlagenverständnis der Metallclusterbildung in porösen Kohlenstoffen
• Design, Synthese und Charakterisierung neuer Kohlenstoffe; Skalierung und Modifizierung
• Anwendungsnahe Evaluierung des Konzeptes in Na- und Li-Batteriezellen

Aufgaben des Fraunhofer ICT

• Anwendungsorientierte Operando-Analytik an Li- und Na-Ionen-Systemen
• Untersuchung der Gasphase und der Dickenänderung während des Lade- und Entladevorgangs
• Entwicklung multifunktionaler Messzellen zur simultanen Überwachung der Alterungsphänomene Gasentstehung und Dickenänderung
• Operando-Methodenentwicklung: Kombination von Massenspektrometrie und Dilatometrie zur erweiterten Charakterisierung von Batterieaktivmaterialien