Hochleistungsbatterien für die Speicherung erneuerbarer Energien
In ihrem Bemühen, die Kohlendioxidemissionen zu reduzieren, konzentrieren sich die Stromerzeuger auf erneuerbare Energiequellen wie Wind, Wellen und Solarenergie. Die von diesen Quellen gelieferte Energie ist jedoch intermittierend, da sie von externen Variablen abhängt. Um erneuerbare Energie praktikabel zu machen, müssen neue Methoden zur Speicherung von Energie in großem Maßstab und zur bedarfsorientierten Abgabe erforscht werden. Li-Ionen-Batterien sind in der Lage, eine unterbrechungsfreie und eine qualitativ hochwertige Stromversorgung und -verteilung zu bieten. Das EU-finanzierte Projekt SIRBATT (Stable interfaces for rechargeable batteries) war eine dreijährige Zusammenarbeit zwischen sechs Universitäten und fünf Unternehmen des Privatsektors in ganz Europa mit dem Ziel, das Verständnis von Struktur und Reaktionen an der Grenzfläche zwischen Batterieelektrode und Elektrolyt wesentlich zu verbessern. Batterieleistung und Lebensdauer werden stark von den Eigenschaften der Festelektrolyt-Interphase (SEI) beeinflusst, die sich auf den Elektroden schnell bildet. Mithilfe verschiedener Modellierungs- und Simulationstechniken erhielten die Forscher weitere Einblicke in die SEI-Bildung und Transporteigenschaften von Lithiummetall- und Graphit-Kohlenstoffanoden sowie die atomaren und elektronischen Faktoren, die die SEI-Bildung und Alterungsmechanismen bestimmen. Die Entwicklung der SEI in den Anodenmaterialien bei ausgewählten Ladungsschritten wurde unter Ausnutzung der Oberflächenempfindlichkeit der weichen Röntgenabsorptionsspektroskopie untersucht. Eine breite Palette neuer Ex-situ- und In-situ-Messtechniken half den Forschern, die Chemie der elektroaktiven Materialien und ihrer Oberflächen zu untersuchen. Das Projektteam synthetisierte auch eine breite Palette von Anoden- und Kathodenelektrodenmaterialien und testete sie in konventionellen und additivhaltigen Elektrolyten bei unterschiedlichen Temperatur- und Zyklusbedingungen. Umweltfreundliche Elektrodenformulierungen mittels wässriger Verarbeitung und Verwendung eines fluorfreien Bindemittels waren ein weiteres Projekt-Highlight. Neu entwickelte Mikrosensoren werden für die Beobachtung von Lithiumzellen verwendet, um optimale Betriebsbedingungen aufrechtzuerhalten und um langlebige Vorrichtungen zu betreiben, die für den Einsatz in Batterien im Großmaßstab skaliert werden können. SIRBATT untersuchte die Probleme, welche die Lebensdauer von Batterien in stationären Batteriespeichern derzeit begrenzen, um eine vorbeugende Lösung zu finden und eine längere Lebensdauer von Li-Ionen-Batterien in der Zukunft sicherzustellen.
