Grenzflächen und Interphasen

Elektrolyte sind Schlüsselbestandteile jedes elektrochemischen Systems. Sie sind mit 3D-Interphasen verbunden, die auf die hohe Reaktivität der Elektroden und die intrinsische Instabilität der Elektrolytkomponenten zurückzuführen sind. In den meisten Fällen bestimmen sowohl Elektrolytformulierungen als auch ihre Ad-hoc-Grenzflächen-Chemien das Schicksal einer Batteriechemie – und damit die Leistung und Sicherheit des Energiespeichers.

Der R&D-Anwendungsbereich von Elektrolyten reicht vom Auflösungsvermögen für Elektrolytsalze über Leitfähigkeit, elektrochemische und thermische Stabilität, Benetzbarkeit, Entflammbarkeit und Dampfdruck bis hin zu den wesentlichen Filmbildungsfähigkeiten.

Das Helmholtz-Institut Münster legt einen Forschungsschwerpunkt auf die Entwicklung neuartiger und die Weiterentwicklung existierender (multifunktionaler) Elektrolyte für Batterieanwendungen auf Lithiumbasis – von der maßgeschneiderten Synthese der neuartigen Elektrolytkomponenten bis hin zur Grenzflächenelektrochemie und -prozessen (siehe Abbildung 1).

Forschung auf einen Blick:

• Maßgeschneiderte Synthesen innovativer und hochreiner Elektrolytkomponenten: leitende Salze, organische Lösungsmittel und Co-Lösungsmittel sowie (multi-)funktionale Additive
• Entwicklung von Struktur-Eigenschaften-Leistungs-Beziehungen für das Verstehen und Erkennen der wichtigsten Betriebs- und Ausfallmechanismen
• Umfassende und systematische Charakterisierung auf Elektrolyt- und Batteriezellebene
• Grundlegendes Verstehen der relevanten Struktur- und Zusammensetzungseigenschaften, der (elektro-)chemischen Reaktionen und des thermodynamischen und kinetischen Verhaltens
• Praktische Strategien zur Verbesserung der Interphaseneigenschaften in Hinblick auf eine verbesserte Gesamtleistung und Sicherheit von Lithium-basierten Batteriezellchemien
  
  

Hochdurchsatz-Screening-System

Das in Münster gut etablierte Hochdurchsatz-Screening-System (HTS) ermöglicht eine schnelle, systematische und vollautomatische Formulierung flüssiger Elektrolyte, den Zusammenbau von Zellen in zwei und drei Elektroden sowie vorausgewählte physikalisch-chemische und elektrochemische Messungen auf Elektrolyt- und Zellebene. Darüber hinaus dient es als Filtrationseinheit zur beschleunigten Identifizierung kostengünstiger sowie elektrochemisch und thermisch leistungsfähiger Bleielektrolytkandidaten für die gezielte Anwendung in einer bestimmten Zellchemie.

Die gesamte Wertschöpfungskette wird vom Laborinformationsmanagementsystem (LIMS) gesteuert. Es dient, in Kombination mit einer auf künstlicher Intelligenz (AI) basierenden Analyse der generierten HTS-Daten, zur Vorhersage lebenswichtiger Elektrolyteigenschaften und kann neue Kombinationen fortschrittlicher Elektrolytformulierungen mit erhöhter Sicherheit vorschlagen (siehe Abbildung 2).

Auswahl Publikationen:

Advanced Energy Materials 2024, 2402152, DOI: 10.1002/aenm.202402152

Journal of Materials Chemistry A, 2024, DOI: 10.1039/D3TA06249J

Small Structures 2024, 5, 2300425, DOI: 10.1002/sstr.202300425

Faraday Discussions 2024, DOI: 10.1039/D4FD00012A

ACS Applied Materials Interfaces 2023, 15, 53526, DOI: 10.1021/acsami.3c12797

Journal of Power Sources 2023, 570, 233051, DOI: 10.1016/j.jpowsour.2023.233051

Journal of Power Sources 2023, 557, 232570, DOI: 10.1016/j.jpowsour.2022.232570

Journal of Material Chemistry A 2023, 11, 13483, DOI: 10.1039/D3TA01217D

Energy Materials 2023, 3, 3000020, DOI: 10.20517/energymater.2023.07

Scientific Data 2023, 10, 43, DOI: 10.1038/s41597-023-01936-3

Advanced Energy Materials 2023, 2300827, DOI: 10.1002/aenm.202300827

Batteries & Supercaps 2023, e202300045, DOI: 10.1002/batt.202300045

Batteries 2023, 9, 4, DOI: 10.3390/batteries9010004

Journal of Power Sources 2022, 549, 232118, DOI: 10.1016/j.jpowsour.2022.232118

Advanced Energy Materials 2022, 12, 2102785, DOI: 10.1002/aenm.202102785

Chemistry Methods 2022, 2, e202200008, DOI: 10.1002/cmtd.202200008

Advanced Materials Interfaces 2022, 9, 2101898, DOI: 10.1002/admi.202101898

Batteries & Supercaps 2022, 5, e202200228, DOI: 10.1002/batt.202200228

Advanced Materials Interfaces 2022, 9, 2102078, DOI: 10.1002/admi.202102078

Digital Discovery 2022, 1, 440, DOI: 10.1039/D2DD00027J

Advanced Materials Interfaces 2022, 9, 2102538, DOI: 10.1002/admi.202102538

Advanced Energy Materials 2021, Early View, DOI: 10.1002/aenm.202102678

Projekte:

• BIG-MAP von BATTERY 2030+
• SuSaNa
• LILLINT II
• HighSpin
• FRL Europe
• HIPOBAT
• SAFELOOP
• SAGELi

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