Verbundvorhaben: HOSALIB - Hochleistungs-Silizium-Kohlenstoff-Komposit als Anodenmaterial für Lithium-Ionen-Batterien; Teilvorhaben: Partikelsynthese, Prozessierung und Modellierung
Zeitraum
2020-09-01 – 2023-08-31
Bewilligte Summe
1.659.985,00 EUR
Ausführende Stelle
Förderkennzeichen
03EI3027A
Leistungsplansystematik
Elektrochemische Speicher - Lithium-basierte Batterien [EA2312]
Verbundvorhaben
Zuwendungsgeber
Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK.IIB5)
Projektträger
Forschungszentrum Jülich GmbH (PT-J.ESI3)
Förderprogramm
Energie
Der bisher in Lithium-Ionen-Batterien (LIBs) verwendete Anoden-Werkstoff Graphit setzt der Kapazität und der Schnellladefähigkeit von Lithium-Ionen-Batterien Grenzen, die nur durch signifikante Veränderungen in der Zusammensetzung des Anodenmaterials überwunden werden können. Diese dringend erforderliche Weiterentwicklung des Anodenmaterials ist Kern des vorliegenden Vorhabens HOSALIB. Die Fachwelt ist sich darüber einig, dass – insbesondere amorphes – Silizium das Aktivmaterial der Wahl für zukünftige Hochleistungs-LIB-Anoden ist, da es im Vergleich zu Graphit eine zehnfach höhere Speicherkapazität bietet und bei Strukturgrößen im Nanometerbereich zudem eine Schnellladung ermöglicht. Zukünftig erforderliche, langzeitstabile Produktqualitäten sowie die zu ihrer Herstellung erforderlichen Verarbeitungsschritte sind bisher aber nicht etabliert. HOSALIB will den Transfer geeigneter, Gasphasen-basierter Syntheseverfahren von stabilen Silizium-Kohlenstoff-Kompositmaterialien vom Labor- in den Pilot- und Produktionsmaßstab erreichen und dies durch Prozesssimulationen zu Bildung und Wachstum von Partikeln und Kompositmaterialien unterstützen. Eine wesentliche Fragestellung ist der Tatsache gewidmet, wie eine langzeitstabile Funktionalität des Anodenmaterials durch eine geeignete Oberflächenstabilisierung erzielt werden kann. Dies soll in HOSALIB bereits im Herstellungsprozesses in der Gasphase realisiert werden, indem schon während der Bildung von amorphem Silizium sekundäre Reaktanten zur Oberflächenstabilisierung eingesetzt werden. Die dabei hergestellten nanoskaligen Pulver werden durch weitere Prozessschritte in druckbare Dispersionen überführt und auf Elektroden aufgetragen, wobei hier der Fokus auf der Entwicklung eines geeigneten Rolle-zu-Rolle-Verfahrens liegt. Ein besonderes Augenmerk von HOSALIB gilt dabei den Herstellungskosten, die hier durch die Fokussierung auf eine kontinuierliche, großtechnische Synthesetech-nologie adressiert werden.