Inno­va­ti­ves Mate­ri­al­de­sign für hoch­ef­fi­zi­en­te Ener­gie­spei­cher

Ohne effi­zi­en­te Ener­gie­spei­cher und ein­her­ge­hen­de Kos­ten­ef­fi­zi­enz wird es keine Ener­gie­wen­de geben. Wie kann Energie möglichst effizient und über eine Vielzahl von Lade- und Ent­la­de­zy­klen gespei­chert werden?

Nicht nur Mobil­te­le­fo­ne, Pkws mit Elektro- und Hybrid­an­trie­ben, E‑Bikes etc., sondern auch die Zwi­schen­spei­che­rung von Energie aus grünen Ener­gie­quel­len wie Sonne oder Wind nutzen haupt­säch­lich die Lithium(Li)-Ionen-Batterie-basierte Tech­no­lo­gie.

Eine wichtige Kom­po­nen­te in der Batterie stellt neben der Kathode die soge­nann­te Anode dar. Übli­cher­wei­se besteht die Anode aus Graphit. Hin­sicht­lich hoher Kapazität und Kos­ten­ef­fi­zi­enz ist Silizium eine sehr gute Alter­na­ti­ve. Es hat ca. zehnfach größere spe­zi­fi­sche Kapazität als Graphit, gilt als ein kos­ten­güns­ti­ges Material und ist nicht toxisch. Aber Silizium (Si) zeigt während des Lade­vor­gangs eine bis zu 300%ige Volu­men­ver­grö­ße­rung. Diese erzeugt mecha­ni­sche Span­nun­gen, die zu Rissen innerhalb der Anode führen sowie die elek­tri­sche und Ionen­leit­fä­hig­keit negativ beein­flus­sen. Die Frage ist deshalb: Wie kann man die Vorteile von Si für kommende Li-Ionen-Batterie-Gene­ra­tio­nen nutzen und die bestehen­den Nachteile ver­rin­gern?

Am Materials Center Leoben Forschung GmbH (MCL) beschäf­tigt sich seit einigen Jahren ein inter­dis­zi­pli­nä­res For­scher­team rund um Roland Brunner mit der Cha­rak­te­ri­sie­rung von Mate­ria­li­en mittels 3D-Methoden sowie mit der com­pu­ter­ge­stütz­ten Aus­wer­tung der gene­rier­ten Bilddaten. Innerhalb eines EU-Kon­sor­ti­ums wird in enger Zusam­men­ar­beit mit VARTA Micro Inno­va­ti­on GmbH die Struktur der Anode bis auf Mikro- und Nano-Skalen mate­ri­al­wis­sen­schaft­lich so gestaltet, dass es zu ver­bes­ser­ten elektro-che­mi­schen Eigen­schaf­ten hin­sicht­lich Ener­gie­dich­te, Kapazität und Lebens­dau­er der Li-Ionen Batterie führt.

Am MCL werden zudem Bild­ana­ly­se­al­go­rith­men ent­wi­ckelt, um einen möglichst hohen Grad an mate­ri­al­wis­sen­schaft­li­cher Infor­ma­ti­on aus den Bilddaten gene­rie­ren zu können. Diese extra­hier­ten Infor­ma­tio­nen fließen direkt an die Ent­wick­lung bei VARTA ein und werden mit den elektro-che­mi­schen Unter­su­chun­gen kor­re­liert. In weiterer Folge entstehen ver­bes­ser­te Design­richt­li­ni­en, die die Pro­duk­ti­on von Anoden­ma­te­ria­li­en über dem Stand der Technik ermög­li­chen.

Mehr Infor­ma­tio­nen:
www.mcl.at

Foto­credit: MCL

Ent­gelt­li­che Ein­schal­tung in Form einer Medi­en­ko­ope­ra­ti­on mit öster­rei­chi­schen For­schungs­in­sti­tu­tio­nen. Die redak­tio­nel­le Ver­ant­wor­tung liegt beim JUST.

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