Simon Kammler

 

Synthese und Charakterisierung von Eisen-substituierten, granat-artigen Festkörperelektrolyten für Lithium-Ionen-Batterien

Abb. 1: Schema einer Sol-Gel-Synthese Urheberrecht: S. Kammler Abb. 1: Schema einer Sol-Gel-Synthese

Im Zuge der zunehmenden Technisierung unserer Gesellschaft und der fortschreitenden Energiewende rücken sichere, effiziente und umweltfreundliche Energiespeichersysteme immer stärker in den Fokus.

Gegenwärtig werden zur Speicherung elektrischer Energie hauptsächlich Lithium-Ionen-Batterien verwendet, welche in der aktuellen Generation auf organische Flüssig- oder Polymerelektrolyte setzen. Diese bringen jedoch einige sicherheitsrelevante und ökologisch bedenkliche Nachteile wie Entflammbarkeit und Toxizität mit sich.

Eine höhere Sicherheit bei gleichzeitig besserer Umweltverträglichkeit bieten anorganische Festkörperelektrolyte. Zu geeigneten Materialien zählen unter anderen solche mit Granatstruktur wie Li7La3Zr2O12, welches in seiner durch Eisen-Substitution kubisch stabilisierten Form – Li7-3xFexLa3Zr2O12 – eine hohe Lithium-Ionen-Leitfähigkeit im Bereich von 10-3-10-4 S cm-1 [1] aufweist.

Für eine gute Ionenleitfähigkeit und hinreichende Separierung der Elektroden werden Keramiken hoher Dichte benötigt. Die Dichte kann durch die Sinterbedingungen und die Mikrostruktur des zu sinternden Materials beeinflusst werden.

Das Ziel dieser Arbeit ist daher die Untersuchung des Sinterverhaltens und der Mikrostrukturentwicklung von mittels Sol-Gel-Verfahren synthetisiertem, kubisch stabilisiertem Li7-3xFexLa3Zr2O12. Die Charakterisierung soll hauptsächlich mittels Röntgenpulverdiffraktometrie, thermogravimetrischer Analyse, Rasterelektronenmikroskopie und Dilatometrie erfolgen. Die Lithium-Ionen-Leitfähigkeit soll durch Impedanzspektroskopie bestimmt werden.

[1] D. Rettenwander, R. Wagner, J. Langer, M.E. Maier, M. Wilkening, G. Amthauer, Eur. J. Mineral. 2016, 28, 619-629.