Batterien

Materialinnovationen für Batterien

Batterien können elektrische Energie speichern und bei Bedarf wieder abgeben. In einigen Batterie-Systemen kann die Energie durchaus einige Monate, z.T. sogar Jahre gespeichert werden (im Gegensatz z.B. zu den Superkondensatoren). Primärzellen geben dabei nur elektrische Energie ab, während Sekundärzellen (auch Akkumulatoren) wiederaufgeladen werden können.

Die Materialinnovationen von IOLITEC zielen vor allem auf den Einsatz in Sekundärzellen ab.

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:

  • Elektrolyte für Lithium-Schwefelbatterien
  • Elektrolyte für Metall-Luft (Li / Zn / Al)
  • Polymerelektrolyte („Ionomere“)
  • Elektrodenmaterialien (Carbon-Nanotubes, Graphen)
  • Füllstoffe

A Elektrolyte

Elektrolyte für Batterien

In Batterien laufen elektrochemische Prozesse ab, die für die Speicherung und Abgabe elektrischer Energie von Bedeutung sind (Lade- und Entladungsprozesse). Um elektrische Ladungen zwischen den Elektroden zu transportieren, benötigt man Elektrolyte. Diese können im flüssigen Aggregatzustand vorliegen, aber auch Polymer- oder Festkörperelektrolyte sind möglich.

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
  • Unbrennbarkeit

Für die zahlreichen Zelltypen gibt es keinen einheitlichen Stand der Technik, da viele Hersteller jeweils mit spezifischen eigenen Entwicklungen am Markt vertreten sind. Dies bedeutet, dass z.B. in Abhängigkeit von den eingesetzten Elektrodenmaterialien ganz bestimme Anforderungen an den Elektrolyten erfüllt sein müssen. Dass hier weiterhin ein großer Entwicklungsbedarf besteht, zeigte sich nicht zuletzt auch durch schwerwiegende Sicherheitsprobleme, die bei einigen Batterien aufgetreten sind.

IOLITEC arbeitet derzeit intensiv an der Entwicklung von Spezialelektrolyten für den Einsatz in verschiedenen Arten von Akkumulatoren:

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

Für Lithium-Ionen-Batterien bieten wir eine Reihe von Standard-Elektrolyten an.

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.

C Elektrodenmaterialien

Carbon-Nanotubes und Graphen

In den vergangenen Jahren hat das Interesse an den Kohlenstoffallotropen Carbon Nanotubes (Kohlenstoffnanoröhrchen) und Graphen stark zugenommen und eine Reihe von wissenschaftlichen Feldern inspiriert. Innerhalb der Förderlandschaft der Europäischen Union wird der Erforschung von Graphen ein eigenes Programm gewidmet. Folglich wird der dieser Materialien als neuartige Elektrodenmaterialien derzeit intensiv beforscht.

Beide Materialien bieten wir als Pulver oder Dispersionen an.

D Füllstoffe

Füllstoffe können als Zusätze für Elektrolyte verschiedene Aufgaben übernehmen. Komposite, die aus ionischen Flüssigkeiten und Nanomaterialien bestehen, könne die Zyklenfestigkeit von Batterien erhöhen können. Als Füllstoffe können Nanomaterialien wie z.B. Bariumtitanat eingesetzt werden.

Für weitere Informationen setzen Sie sich einfach mit uns in Verbindung.


Text: Dr. Thomas J. S. Schubert, IOLITEC GmbH, 2017.

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