IEK-12 - Ionenleitung in der Energiespeicherung
Batterien begleiten uns im Smartphone und Auto, aber werden auch im Stromnetz zur Speicherung von Strom aus erneuerbaren Energien benötigt. Wir vom IEK-12 am Standort in Aachen beschäftigen uns mit der Weiterentwicklung von Lithium-Ionen-Batterien und deren Analytik.
Die Gruppe von Prof. Figgemeier beschäftigt sich intensiv mit der elektrochemischen Vorlithiierung von Anodenmaterialen. Hierzu betreiben wir auf dem Campus des Forschungszentrums Jülich eine Industriepilotanlage, die genaue Einblicke in den Prozess bietet. Ein weiterer Forschungsschwerpunkt ist das Verständnis von Alterungsprozessen von Batterien. Durch das Öffnen von Batterien nach Ihrer Alterung und den nachfolgenden Untersuchungen gewinnen wir einzigartige Einblicke in die Alterungsmechanismen von Batteriematerialien. Durch die Kombination von Alterungsuntersuchungen und Materialentwicklung hat das IEK-12 einen ganzheitlichen und sehr erfolgreichen Ansatz in der Batterieentwicklung. Die im Projekt NextGenBat geförderten Anlagen unterstützen uns maßgeblich in unseren Forschungsvorhaben.
Ihr Ansprechpartner: Prof. Dr. Egbert Figgemeier
Vorlithiierungsanlage
In heutigen Lithium-Ionen-Batterien kommt es während der ersten Lade- und Entladevorgänge zu Nebenreaktionen, die das nutzbare Lithium in der Batterie reduzieren und somit auch die speicherbare Kapazität reduzieren. Um dem entgegenzuwirken, wird in der Vorlithiierung zusätzliches Lithium in die Anode der Zelle eingebracht. Dies geschieht über eine elektrochemische Abscheidung des Lithiums aus einem Flüssigkeitsbad. Die beschaffte Anlage kann diesen Prozess als Rolle-zu-Rolle Prozess abbilden und stellt somit einen großen Schritt in Richtung Industrialisierung dar.
Durch diesen Prozess wird die Batterieproduktion des IEK-12 um die Technologie der Vorlithiierung erweitert. Hierdurch ist das Institut in der Lage auch innovative Batteriematerialien wie hoch-siliziumhaltige Anoden zu verbauen und die materialbedingte beschleunigte Alterung zu unterbinden. Der Prozess stärkt die Batteriefertigung des IEK-12 und erlaubt es, das gewonnene Verständnis aus Alterungsuntersuchungen zu nutzen, um diese Alterungen bei neuen Batterien zu verhindern. So werden am IEK-12 die Batteriezellen der Zukunft entwickelt und produziert.
Post-Mortem Glovebox
Die Informationen über die Alterung von Batteriezellen bekommen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler unter anderem durch die Öffnung von gealterten Zellen. Diese Zellöffnungen müssen unter Schutzgas durchgeführt werden, da die genutzten Materialien stark mit Sauerstoff und Feuchtigkeit reagieren. Durch die beschaffte Glovebox können verschiedene Zelltypen unter Argon Schutzgas geöffnet werden. Durch die in der Glovebox vorhandenen verschiedenen Arbeitsbereiche können sofort unterschiedliche Mikroskopieaufnahmen von den Materialien gemacht werden und zusätzlich neue Testzellen aus den alten Batteriematerialien hergestellt werden. Hierdurch unterstützt die beschaffte Glovebox das IEK-12 intensiv beim Verständnis der Alterungsprozesse von Batteriematerialien.
