Batterien

Materialinnovationen für Batterien

Durch die immer weiter steigende Elektrifizierung der Mobilität, welche Notwendig ist um Klimaschutzziele einhalten zu können, sowie eine ständig steigende Verbreitung mobiler Endgeräte, wurde in den letzten Jahren der Blick in Europa wieder vermehrt auf Herstellung und Entwicklung bestehender und zukünftiger Batteriesysteme gelegt. Diese bilden, im Gegensatz zu Ultrakondesatoren, als langfristiger Energiespeicher mit hoher Energiedichte insbesondere für die Elektromobilität das Rückgrat der Energieinfrastruktur.

Die Materialinnovationen von IOLITEC zielen dabei auf die Verbesserung einer Vielzahl von Komponenten, vor allem im Einsatz in Sekundärzellen, welche aufgrund ihrer Wiederaufladbarkeit sehr viel interessanter sind, ab. Während des insbesondere im Post-Li-Ionen Bereich eine Vielzahl unterschiedliche Konzepte gibt, haben alle den grundsätzlichen Aufbau aus Elektroden, Elektrolytsystem, bestehend aus Elektrolyt, Leitsalz und Additiven, sowie einem Seperator, gemein.

Elektrolyte, Leitsalze, Elektrodenmaterialien und Additive

Produkte:

Für F&E-Zwecke bieten wir schon eine Reihe von Standardelektrolyten, ionischer Flüssigkeiten, Lithiumsalze und interessanter Elektrodenmaterialien, wie z.B. Graphen oder CNTs an.

Bei Bedarf entwickeln wir auch maßgeschneiderte, kundenspezifische Lösungen. Eine Skalierung bis in den Maßstab von bis zu 10 Tonnen/Jahr kann dabei gewährleistet werden.

Sollten Sie Fragen zu unseren Aktivitäten auf diesem Gebiet, zu Anwendungen oder zu speziellen Produkten haben, setzen Sie sich einfach mit uns in Verbindung. Unsere Spezialisten erteilen Ihnen hierzu gerne Auskunft.

Stichworte:

 

A Elektrolyte

Elektrolyte für Batterien

Für die in Batterien ablaufenden elektrochemischen Prozesse ist ein geeigneter Elektrolyt von grundlegender Bedeutung. Grundsätzlich können dabei flüssige Elektrolyte aber auch Festkörper- oder Polymerelektrolyte zum Einsatz kommen.

Die Anforderungen an den Elektrolyten sind dabei neben der chemischen und elektrochemischen Stabilität eine ausreichende elektrische und ionische Leitfähigkeit um den Ladungstransport in der Zelle zu ermöglichen, sowie möglichst gute sicherheitstechnische Eigenschaften.

Ionische Flüssigkeiten stellen aufgrund ihrer herausragenden Eigenschaftsprofile interessante Spezialelektrolyte für eine Reihe von Zelltypen dar:

  • hohe elektrochemischen Stabilität gegen Reduktions- und Oxidationsprozesse (breites elektrochemisches Fenster)
  • elektrische Leitfähigkeit: Reinstoffe bis zu 27 mS/cm (bei 25°C); Formulierungen: über 70 mS/cm erzielt werden (Weitere Informationen).
  • thermische Stabilität
  • geringer Dampfdruck
  • Nicht-Brennbarkeit

Dies ist insbesondere für die sogenannten Post-Li-Ionen-Technologien der Fall. Da die hierbei verwendeten Zelltypen sich zurzeit größtenteils noch in der Entwicklung befinden und darüber hinaus eine sehr unterschiedliche Zellchemie aufweisen können, gibt es noch keine einheitlichen Elektrolyten. Durch unsere Entwicklungsarbeit in einer Vielzahl an Forschungsprojekten zu neuen Batteriezelltypen haben wir jedoch Spezialelektrolyte für eine breite Auswahl an Akkumulatoren entwickelt: 

  • Metall-Schwefel (Li, Mg)
  • Lithium-Metall
  • Metall-Luft (Li, Zn)
  • Redox-Flow-Batterien

Die hierfür entwickelten Elektrolyten stellen natürlich, gerade wegen der vielen unterschiedlichen Zellkonzepte, immer nur einen Ausgangspunkt für eine weitere Anpassung des Elektrolyten an den spezifischen Gesamtzellaufbau, welche wir natürlich auch begleiten.

Neben Spezialelektrolyten für Post-Li-Ionen-Zelltypen bieten wir für Lithium-Ionen-Batterien auch eine Reihe von Standard-Elektrolyten an. Darüber hinaus können wir auch nach Kundenwunsch zusammengestellte Elektrolyten anbieten. Durch den Aufbau unserer neuen Produktionsstätte in Schkopau sind wir hierbei auch in der Lage die Elektrolytproduktion zu skalieren und so eine Zellentwicklung bis zur Pilotproduktion zu begleiten.

Sollten Sie Fragen zu unseren Aktivitäten auf diesem Gebiet, zu Anwendungen oder zu speziellen Produkten haben, setzen Sie sich einfach mit uns in Verbindung.

B Leitsalze

Lithium bis(trifluoromethylsulfonyl)imid

Bis heute ist sicherlich LiPF6 noch das am häufigsten eingesetzte Leitsalz in Lithium-Ionen-Batterien. Eine interessante Alternative stellt Lithium bis(trifluoromethylsulfonyl)amid (Li BTA) dar. Das BTA-Anion weist im Vergleich zum gängigen Lithium hexafluorophosphat (Li PF6) eine bessere elektrochemische Stabilität auf und ist gegen Hydrolyse unempfindlich. Eine Entwicklung von Fluorwasserstoff (HF) ist aufgrund des kovalent gebundenen Fluors nicht möglich. Die erzielten Leitfähigkeiten liegen in dem Bereich von gängigen Leitsalzen wie LiClO4 oder Li AsF6.

Lithium bis(fluorosulfonyl)imid

Eine weitere Alternative stellt das leichtere Homolog Lithium bis(fluorosulfonyl)amid (Li FSI) dar. Das FSI-Anion weist zwar eine geringere elektrochemische Stabilität als das BTA-Anion auf, FSI-basierte Elektrolyte haben allerdings eine deutlich höhere Leitfähigkeit als ihre BTA-basierten Analoga.

C Elektrodenmaterialien

Metallnanopartikel

Neben den Elektrolyten und Leitsalzen bietet IOLITEC Elektrodenmaterialien über die Nanotechnologie-Sparte an. Besonders hervorzuheben sind im Bereich der Metallnanopartikel Silicium (NM-0020), Eisen (NM-0019) und Kupfer (NM-0044), je nach Anwendung und Elektrode. Alle Metalle weisen eine nano-partikuläre Primärpartikelgröße auf und bieten aufgrund ihrer großen Oberfläche besondere Vorteile. Alle Metallnanopulver werden unter Schutzgas (Argon) gelagert und transportiert.

Kohlenstoff-Allotrope (Graphen, CNT, nano-Graphit)

Für kohlenstoffbasierte Elektroden bietet IOLITEC_Nanomaterials verschiedene Graphene (CP-0081, CP,0068 und CP-0067), Kohlenstoffröhrchen (z.B. CP-0086) und Graphite (z.B. CP-0019) an. Die Produkte können pulverförmig, oder als Pasten in einer geeigneten Matrix bereitgestellt werden. Weiterhin haben wir Möglichkeiten unsere (oder andere Materialien) zu dotieren. Kontaktieren Sie uns, wir freuen uns Ihre Anwendungen und Anforderungen mit Ihnen zu diskutieren.