“Nachhaltige, umweltfreundliche, sichere Hochenergie-Lithiumionen-Batterien: Materialien, Zellen und Modellierungen“ – HighSafe II

Hauptziel der taiwanesisch/deutschen Zusammenarbeit im Projekt HighSafe war und ist die Entwicklung von Schlüsselmaterialien für die nächste Generation von Hochenergiezellen, die die Anforderungen an Energiedichte, Lebensdauer, Sicherheit, Nachhaltigkeit und Verfügbarkeit der Rohstoffe erfüllen. Dabei wurden im Rahmen des Projekts eine Reihe neuer Materialentwicklungsansätze verfolgt, die sowohl Aktivmaterialien als auch Passivkomponenten wie Additive, Binder, Separatoren und Elektrolyte umfassten. Vielversprechende Ansätze und Konzepte sollen weiterverfolgt werden, wobei ein Schwerpunkt in der zweiten Phase neben Lithium-Ionenbatterien auch auf anodenfreien Batteriekonzepten liegen wird, da durch Ersatz der negativen Elektrode durch Lithiummetall noch einmal eine deutliche Steigerung der Energiedichte zu erwarten ist.

In der zweiten Phase des HighSafe-Projekts wird sich die TUM auf die experimentelle Charakterisierung, Modellbildung und Simulation von Aktivmaterialen für Elektroden in Hochenergie Lithium-Ionen Zellen konzentrieren. Es werden vor allem elektrochemisch-mechanische Modellierungsmethoden entwickelt, die das mechanische Verhalten während des Betriebs nachbilden können. Im Zuge des Projektverlaufs werden die zu verwendenden Aktivmaterialien von den Partnern definiert. Im Speziellen soll ein Lithium-Nickel-Manganoxid, LNMO, als Kathodenaktivmaterial in Kombination mit einem silizium-haltigem Graphit, SiG, als Anodenaktivmaterial verwendet werden. Die TUM wird dem Stand der Technik entsprechende Charakterisierungsmethoden anwenden, um das zu Beginn gebildete Model auf Elektroden und Zellebene zu parametrieren. Basierend auf dem Elektrodenmodell wird anschließend auf Zellebene ein elektrochemisch mechanisch gekoppeltes Zellmodell entwickelt, welches u. a. die lokale Verteilung von Potential, Li-Ionen-Konzentration und mechanischer Spannung und Dehnung in einem Format, dass zur Projektlaufzeit bestimmt wird, abschätzen soll.

Projektpartner der TU München sind beim Projekt HighSafe II die National Tsing Hua University (NTHU), National Chiao Tung University (NCTU), National University of Tainan (NUTN) und National Taiwan University of Science and Technology (NTUST) aus Taiwan, und Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung, Baden-Württemberg (ZSW) und Helmholtz Institut Ulm (HIU) aus Deutschland.