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Entwicklung von Polymerelektrolyten für Lithium-Ionen-Batterien im BMBF-Verbundprojekt EMBATT2.0
Halle 2 Bestandteil von:Entwicklung von Polymerelektrolyten für Lithium-Ionen-Batterien im BMBF-Verbundprojekt EMBATT2.0
E. Röchow1,2, O. Kobsch1), D. Pospiech1), M. Coeler2), K. Nikolowski2), M. Fritsch2), M. Wolter2)
1) Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden e.V., Hohe Str. 6, 01069 Dresden
2) Fraunhofer Institut für Keramische Technologien und Systeme, Winterbergstr. 28, 01277 Dresden
Für eine künftig breite Marktdurchdringung von Elektrofahrzeugen ist es maßgeblich, die Produktkosten von Batteriesystemen auf < 200 €/kWh zu verringern, durch Energiedichten > 450 Wh/l alltagstaugliche Reichweiten zu erreichen, und hohe Sicherheit zu gewährleisten. Das Projekt EMBATT2.0 adressiert diese Ziele durch die Entwicklung von Bipolarbatterien unter Verwendung des Anodenaktivmaterials Li4Ti5O12 und des Hochvoltkathodenmaterials LiNi0,5Mn1,5O4, einem polymeren Elektrolyten und einer Polymerdurchleiterfolie.
In diesem Beitrag wird die Entwicklung eines neuartigen Polymerelektrolyten vorgestellt, der eine ausreichende Stabilität in Hochvoltzellen besitzen sowie erhöhten Sicherheitskriterien (Nichtentflammbarkeit) genügen muss. In einem innovativen Ansatz wird ausgehend von den bekannten Imidazolium-basierten polymeren ionischen Flüssigkeiten (IL) [1,2] deren Struktur weiterentwickelt und in mechanisch stabile Netzwerke überführt. Darüber hinaus ging es um die Anpassung des Systems an den für Bipolarbatterien vorgesehenen Prozess, u.a. durch Entwicklung von Kompositelektroden, sowie um die Anpassung an Elektrodenmaterialien und neuartige carbonhaltige polymere Durchleiterfolie. Dazu wurde ein in-situ-Ansatz für die Synthese des Polymerelektrolyten verfolgt.
Die Generation II der Imidazolium-basierten IL-Monomere zeigte in vernetzter Form in freistehenden Filmen eine ionische Leitfähigkeit von ca. 10-5 S/cm bei 21 °C (im Vergleich zu 10-9 S/cm bei 21 °C für Generation I vergleichbarer Struktur) mit Spannungsstabilität bis 4,5 V gegen Li/Li+. Laufende Arbeiten beschäftigen sich mit der Systemintegration in die oben beschriebenen Bipolarbatterien, wobei der Polymerelektrolyt ebenfalls in-situ erzeugt wird.
Wir bedanken uns für die finanzielle Unterstützung des Projekts EMBATT2.0 beim Bundesministerium für Forschung und Technologie (FKZ 03XP0068E).
[1] V. Delhorbe, D. Bresser, H. Mendil-Jakani, P. Rannou, L. Bernard, T. Gutel, S. Lyonnard, L. Picard, Macromolecules (2017), 50, 4309.
[2] J. Kalhoff, G. G. Eshetu, D. Bresser, S. Passerini, ChemSusChem (2015), 8, 2154.
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