SPP 1473: Werkstoffe mit neuem Design für verbesserte Lithium-Ionen-Batterien (WeNDeLIB)

Grunddaten zu diesem Projekt

Beschreibung

Lithium-Ionen-Batterien bewähren sich seit vielen Jahren als leistungsfähige Energiesysteme in Laptops, Handys und Geräten der Unterhaltungselektronik. Um die technischen Anforderungen für moderne Hybrid-, Plug-in-Hybrid- und Elektro-Fahrzeuge zu erfüllen, sind jedoch größer dimensionierte und noch leistungsfähigere Batteriesysteme erforderlich. Die Einführung dieser Technologie als preisgünstiges Massenprodukt für mobile Anwendungen erfordert weitere Steigerungen der Energie- und Leistungsdichten, Zellspannungen, Kapazitäten, Zyklierbarkeiten und der Lebensdauer sowie die Gewährleistung eines sicheren Batteriebetriebs. Besonders die verwendeten Batteriewerkstoffe und deren Struktur beeinflussen das Eigenschaftsprofil der Batterien entscheidend. Vor allem die Energetik und die Reaktivität der Werkstoffe müssen auf eine neue Leistungsstufe angehoben werden. Dies setzt ein völlig neues Materialdesign für alle Batteriekomponenten voraus und erfordert die Erforschung des funktionalen Zusammenwirkens der Komponenten im Gesamtsystem. Im Schwerpunktprogramm sollen daher in den nächsten sechs Jahren die Zusammenhänge zwischen der Struktur der Batteriewerkstoffe und deren Thermodynamik und Elektrochemie erforscht werden. Mehr als 30 Forschergruppen an Universitäten und außeruniversitären Einrichtungen in Deutschland und Österreich arbeiten koordiniert und interdisziplinär zusammen. Die wissenschaftlichen Hauptziele dieses Schwerpunktprogramms sind: (1) werkstoffwissenschaftliche Erforschung und Bereitstellung von neuen Aktivmaterialien für Li-Ionen-Batterien der nächsten Generation mit verbesserten Energie- und Leistungsdichten, Kapazitäten und Zyklierbarkeiten sowie höherer Lebensdauer und Sicherheit; (2) thermodynamisch-kinetische Modellierung und experimentelle Untersuchung der für den Hochleistungsbetrieb relevanten heterogenen Reaktionen und Phasenumwandlungen der Aktivmaterialien; (3) Korrelation der Werkstoff-Charakteristik mit elektrochemischen und thermodynamisch-kinetischen Eigenschaften; (4) Analyse und Simulationen der Reaktionen von Aktivmaterialien mit dem Elektrolyt; (5) gezielte Verbesserung der Energetik und thermodynamischen Stabilität des Gesamtsystems "Li-Ionen-Batterie“ durch werkstoffwissenschaftlich-chemisches Design.