IEK-9 - Grundlagen der Elektrochemie

Das IEK-9 beschäftigt sich mit der anwendungsorientierten und verständnisbasierten Entwicklung von Materialien, Prozessen und Systemen. Hierzu werden Analysetechniken unter dem Einsatz von operando Verfahren und spezieller Messtechnik zum Erkenntnisgewinn verwendet. Durch eine enge Zusammenarbeit mit verschiedenen Partner auf dem Gebiet der theoretischen Beschreibung können die notwendigen Zusammenhänge beschrieben und daraus die Herstellungsverfahren und -prozesse optimiert werden.

Im Rahmen dieses Projektes werden insbesondere Elektrolyte aus der Klasse der Thiophosphate untersucht. Diese Materialien besitzen eine im Vergleich zu anderen Festkörperelektrolyten eine hohe Empfindlichkeit für Wasserdampf. Deswegen werden sämtliche Verfahrensschritte, ausgehend von der Materialherstellung bis zur Zellfertigung in einer mit Argongas gefüllten Handschuhbox durchgeführt. Durch die integrierten Beschichtungsmöglichkeiten soll die Prozessierbarkeit dieser Materialien unter industriell relevanten Bedingungen ermöglicht und mit unbeschichteten Materialien verglichen werden. Dabei ist die Möglichkeit der Probennahme aus dem Handschuhkasten und der Transfer der Materialien hin zu spezieller Analytik wie Elektronen- und Rastersondenmikroskopie zur Post-Mortem Analytik sichergestellt.

Ihr Ansprechpartner: Dr. Hermann Tempel

Durchgehend geschlossenes Handschuhkastensystem zur Herstellung Luft- und Feuchtigkeitsempfindlicher Batteriekomponenten mit angepasster Charakterisierung

Einige der Batterieelektrodenmaterialien mit den höchsten ionischen Leitfähigkeiten haben den Nachteil, dass Sie als extrem Luft- und Feuchtigkeitsempfindlich gelten. Am IEK-9 ist aus diesem Grund im Projekt ein in sich geschlossenes Handschuhkastensystem (B) aufgebaut worden, dass die Synthese, Beschichtung, Schichtherstellung und Verpackung von Batterien ermöglicht.

In der Darstellung ist die Synthesekammer (A) mit der Möglichkeit zur ALD- (C) und PVD- (D) Beschichtung der Materialien sowie der Temperaturbehandlung (E) und nachfolgenden Schichtherstellung (F) abgebildet.

Um die Materialien untersuchen zu können, sind zu jedem Zeitpunkt Möglichkeiten des Materialtransfers unter Schutzgasatmosphäre implementiert.

Die Charakterisierungsmethoden sind aus Platz und Vibrationsschutzgründen nicht direkt an das Gesamtsystem angekoppelt. Hierzu wurde beispielsweise ein Transfersystem von Kleindiek in das bestehende SEM (A+B) integriert. Zur Vorbereitung der Proben wurde ein JEOL Ionenpoliersystem (C) ebenfalls mit einem Inertgastransfersystem zur Herstellung von glatten Oberflächen für die Analyse im AFM (D) angeschafft.

Das Ziel dieses Systems ist es, Batterien mit und ohne gezielt hergestellter Grenzflächen herzustellen und dadurch vereinfachte Herstellungsverfahren zu ermöglichen.