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FP7

LiCrystG Ergebnis in Kürze

Projektreferenz: 331476
Gefördert unter: FP7-PEOPLE
Land: Deutschland

Neue Erkenntnisse zu Kathodenmaterialien für Batterien der nächsten Generation  

Batterien mit Olivin-Typ Lithium-Ionen-Phosphat-Kathoden bieten eine begehrte Kombination von langer Lebensdauer, hoher Leistungsdichte und einem stabilen Betrieb bei hohen Temperaturen. EU-Forscher lieferten neue Erkenntnisse zu diesen nicht so gewöhnlichen Lithiumverbindungen, um deren breite Verwendung in der Batterieindustrie zu beschleunigen.
Neue Erkenntnisse zu Kathodenmaterialien für Batterien der nächsten Generation  
Die Kristallstruktur von Olivin-Lithiumionen-Phosphaten ist sehr stabil, sodass sie bei hohen Temperaturen auch eine ausgezeichnete thermische Stabilität aufweisen. Weitere wichtige kommerzielle Vorteile sind, dass es keine Sicherheitsrisiken durch Überhitzung und Explosion gibt und dass sie eine längere Lebensdauer und höhere Leistungsdichte haben. Das Interesse an Olivin-Phosphaten wurde auch durch die jüngste Entdeckung von außergewöhnlichen ferrotoroidischen Domänen neu geweckt, die der Schlüssel zu einer schnelleren Datenspeicherung sein könnten.

Einkristalle dieser vielversprechenden Klasse von Materialien sind äußerst selten, vor allem wegen der hohen Volatilität von Lithium. Im Rahmen des Projekts LICRYSTG (Single-crystalline lithium-based model systems of future materials for electrochemical energy storage and data storage) lieferten Wissenschaftler einige der fehlenden Einkristalle sowie experimentelle Daten für ein besseres Verständnis zu der Frage, weshalb sie die nächste Generation von Kathodenmaterialien darstellen.

Das Team züchtete erfolgreich hochwertige Einkristalle verschiedener Lithiumverbindungen für weitere Untersuchungen der Anisotropie und Ferrotoroidizität. Anisotrope Lithiumdiffusion entlang der verschiedenen kristallgraphischen Richtungen kann dabei helfen, theoretische Modelle zu Leistung und Alterung von Batterien zu entwickeln. Ein Float-Zone-Verfahren mit fließendem Lösungsmittel ermöglichte das Einkristall-Wachstum von Lithium-basierten Systemen unter einem äußeren Druck von 150 bar.

Untersuchungen der Forscher zu Mangan-induzierten lokalen Störung in Lithium-Mangan-Phosphat zeigten, warum das Olivia auf Manganbasis relativ schlechte elektrochemische Eigenschaften aufweist. Studien zur thermischen Ausdehnung und Magnetostriktion lieferten Informationen zu den strukturellen Veränderungen und zur magnetoelastischen Kupplung. Diese Daten wurden durch spezifische Wärme- und Magnetisierungsstudien unterstützt, die weitere Informationen über die Kristallqualität und die elektronischen Eigenschaften brachten. Darüber hinaus erstellte das Team die magnetischen Phasendiagramme. Für ausgewählte Kristalle wurden Diffusionsparameter von anisotroper Lithiumdiffusion entlang der kristallographischen Hauptachsen bestimmt.

Mittels Spektroskopie an Lithium-Kobalt-Phosphat erhielt man Informationen zur magnetischen Ordnung mit kurzer Reichweite bei hohen Temperaturen.

Die Projektergebnisse bieten wertvolle Informationen für die Optimierung und Anpassung von nano- und mikrostrukturierten Lithium-Ionen-Batteriematerialien und helfen Europa, eine Spitzenposition in modernste Batterietechnologien einzunehmen.

Verwandte Informationen

Schlüsselwörter

Kathode, Batterien, Olivin, Lithium-Ionen-Phosphat, Einkristalle, Lithiumdiffusion  
Datensatznummer: 183023 / Zuletzt geändert am: 2016-07-18
Bereich: Energie