Untersuchung von Kohlenstoffnanomaterialien und Kompositen für die Speicherung von Natrium in Natriumionenbatterien / Anteil Sino-German Center

Die Suche nach effizienten, zuverl?ssigen und kostengünstigen elektrochemischen Energiespeichern ist eine fortlaufende und gesellschaftlich hochrelevante Aufgabe. Da die Lithium-Ionen-Batterie-Technologie (LIB) immer mehr an ihre Grenzen st??t, wird derzeit eine Reihe von Alternativen untersucht. Dazu geh?ren auch Natrium-Ionen-Batterien (NIBs), deren Entwicklung vor allem durch die reichliche Verfügbarkeit von Natrium motiviert ist. Auch ohne die reichliche Verfügbarkeit von Natrium besteht ein klarer und allgemeiner Bedarf an der Entwicklung potenzieller Alternativen zur herk?mmlichen LIB-Technologie, da mit dem Eintritt der Elektrifizierung des Verkehrs und der station?ren Energiespeicherung in den Massenmarkt ein massiver Anstieg des Materialbedarfs zu erwarten ist. Die Verwendung von Kohlenstoffmaterialien in NIBs ist daher ein naheliegender Ansatz, um Batterien auf der Basis reichlich vorhandener Elemente herzustellen. Die Verwendung von Kohlenstoffmaterialien in NIBs ist jedoch noch wenig erforscht und erfüllt bislang nicht alle relevanten Kriterien für die Anwendung (Kapazit?t, Kinetik, coulombische Effizienz, Redoxpotenzial). Insgesamt besteht ein klarer Bedarf an einem grundlegenderen Verst?ndnis der Speicherung von Natriumionen in Kohlenstoffstrukturen. Hier will das Projekt wichtige Beitr?ge leisten. Kohlenstoffmaterialien mit ma?geschneiderter Struktur und chemischer Zusammensetzung werden synthetisiert und ihr Ionenlagerungsverhalten in Natrium- (und Lithium-)Zellen bewertet, um Einblicke in die komplexen Speicherph?nomene sowie die zugrunde liegenden physikalisch-chemischen Prinzipien zu gewinnen. Als Hauptinhalt des Projekts wird der Einfluss der Oberfl?chenchemie, Morphologie und Heteroatomdotierung auf die Kinetik und Thermodynamik des Ladungsspeichermechanismus sowie auf die Oberfl?chenfilmbildung (Solid Electrolyte Interphase, SEI) untersucht. Auf diese Weise wollen wir die derzeitigen Einschr?nkungen für Kohlenstoffmaterialien für Natrium-Ionen-Batterien überwinden und k?nnen auch beurteilen, ob Kohlenstoff-Nanomaterialien nur Modellsysteme bleiben oder tats?chlich zur Entwicklung praktischer NIBs beitragen k?nnen.