Material

Auf Basis der langjährigen Erfahrungen auf dem Gebiet der Materialiensynthese, entwickelt die Fraunhofer-Allianz Batterien nicht nur innovative Elektrodenmaterialien, sondern bietet auch die Möglichkeit durch die intensive Zusammenarbeit der Partnerinstitute diese Materialien zur industriellen Produktreife zu bringen.

Zentrale zugrunde liegende Technologie ist hierbei die chemische Materialsynthese. Die Synthese der Materialklasse der anorganisch-organischen Hybridpolymere (ORMOCER®e) sowie Sol-Gel- bzw. Solvothermalsynthesen zahlreicher oxidischer und nichtoxidischer Materialien (z.B. TiO₂, Li₄Ti₅O₁₂Kathodenmaterialien für Lithium-Ionen-Batterien mit Olivin- und Spinell-Typ Struktur) sind hier als Beispiele zu nennen. Die Technologien zur chemischen Materialsynthese werden durch das Know-how in der Beschichtung von Partikeln (Core-Shell-Strukturen) ergänzt. Ebenso verfügt die Fraunhofer-Allianz Batterien über Kompetenzen im Bereich der Modifikation von Oberflächen durch Funktionsschichten (Elektrodenschichten auf porösen Strukturen, Schutzschichten, Modifizierung des Benetzungsverhaltens von Flüssigkeiten) und der Herstellung poröser Strukturen. Dabei wird die Materialentwicklung durch die hervorragend und hochmodern ausgestattete Analytik unterstützt. Analytische Schwerpunkte sind die (elektro-)chemische Analytik, Nanoanalytik, Schadensanalytik, Gefüge- und Schichtanalytik, die Grenz- und Oberflächenanalytik, die Röntgenografie sowie akkreditierte Produktprüfungen (DIN EN ISO/IEC 17025 – 2005), die auch im Rahmen industrieller Produktentwicklung und -optimierungen angewendet werden. 

Die Fraunhofer-Allianz Batterien forscht und entwickelt im Bereich Materialien für Lithium-Ionen-Batterien mit den Schwerpunkten einer verbesserten Toleranz gegenüber äußeren Einflüssen (Temperatur, elektrische Parameter), der Verbesserung der Speichereigenschaften sowie der Verbesserung der intrinsischen Sicherheit der daraus aufzubauenden Zellen.

Ebenso werden neuartige Elektrolyte entwickelt, die nicht nur eine verbesserte Betriebssicherheit von Lithium-Ionen-Batterien ermöglichen sondern gleichzeitig die Aufgabe von Separatoren übernehmen können. Einen fundierten Baustein stellen dabei anorganisch-organisch Hybridpolymere (ORMOCER®e) dar, die über günstige Ausgangsmaterialien und durch eine leichte Funktionalisierung den hohen Anforderungen der Elektrolyt/Separator Systemen gerecht werden. Eigenschaften wie Stabilität (thermisch, mechanisch und elektrochemisch), Leitfähigkeit und Flammbarkeit können durch den Einbau geeigneter funktioneller Gruppen gezielt gesteuert werden. Die Verarbeitung der neuen Elektrolyte/Separatoren erfolgt durch das an den Partnerinstituten vorhandene Know-how für Materialentwicklung, so dass die einzelnen Materialkomponenten Elektrode(n), Elektrolyt und Separator optimal aufeinander abgestimmt werden. Hierbei kommen eigene Entwicklungen und kommerzielle Produkte, die nach Bedarf modifiziert werden, zum Einsatz. Modernste Geräte und Techniken, wie z.B. Impedanz-Spektroskopie, Cyclovoltammetrie und Li-NMR-Spektroskopie gestatten eine umfassende Analyse der in den Zellkomponenten auftretenden Reaktionsvorgänge.