DialySorb

Molekularsiebende Kohlenstoffe als hochkapazitive und stabile Anoden in Natrium-Ionen-Batterien

Teilprojekt 1

Entwicklung von Kernmaterialien in neuartigen Kern-Schale-Kohlenstoffanoden für Natriumionenbatterien

Laufzeit: 01.08.2021 bis 31.07.2024

Fördersumme: 579.639,00 €

Projektvolumen: 579.639,00 €
 

ausführende Stelle:

Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung - Zweigstelle Fabeckstraße
Unter den Eichen  44
12203 Berlin

zum Internetauftritt

Zuwendungsempfänger:

Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung

zum Internetauftritt

Fördergeber: BMBF, Referat 515

Förderkennzeichen: 03XP0410A

Projektträger: PT-J

Leistungsplansystematik:
Batteriesystemforschung

Förderprofil: Technologie- und Innovationsförderung

Förderart: PDIR

Ausführliche Beschreibung des Teilprojektes

Herausforderungen und Ziele

egenstand des Verbundvorhabens DIALYSORB ist die Entwicklung maßgeschneiderter Kohlenstoffmaterialien als negative Elektrode („Anodenmaterial“) für Natriumionenbatterien (NIBs). Natriumionenbatterien gelten aufgrund vieler Parallelen und analogen Prozessschritten zur bereits etablierten Lithiumionentechnologie als attraktive „Drop-in“-Technologie. Ziel ist es dabei, Batterien mit hoher Energiedichte auf Basis nachhaltiger, ressourcenschonender Materialien zu entwickeln. Neben zahlreichen Forschungseinrichtungen arbeiten daran auch einige Firmen/Startups auf diesem Thema, z.B. in China, Frankreich, Großbritannien, Indien oder den USA. Ein Flaschenhals der Technologie ist derzeit die negative Elektrode. Da Graphit nur in Spezialfällen (high power) für NIBs nutzbar ist, gelten ungeordnete Kohlenstoffe (disordered carbons, DCs) als besonders aussichtsreich. Der Speichermechanismus für Natrium in diesen Kohlenstoffen ist sehr komplex und hängt, wie neuere Untersuchungen belegen, stark von der inneren Porosität ab. So kann durch genau eingestellte Poren die Kapazität deutlich erhöht werden. Gleichzeitig muss die Grenzflächenbildung optimiert werden, um die irreversible Kapazität möglichst gering zu halten. Im Projekt DIALYSORB werden beide Aspekte adressiert, indem der Speichermechanismus in den Poren von den Verlustreaktionen räumlich getrennt wird.
Zentrale Aufgaben des Teilvorhabens an der BAM sind die Entwicklung von porösen Materialien, das elektrochemische Screening der entwickelten Anoden in Halbzelltests und die sicherheitstechnische Betrachtung des thermischen Durchgehens von finalen, aus dem Projekt entstehenden Vollzellen. Spezielle Synthesemethoden für die Materialherstellung und -optimierung, sowie spezielle Methoden der Charakterisierungen der Materialstruktur werden genutzt bzw. erarbeitet.


Laufzeit der angegebenen Teilprojekte: 01.08.2021 bis 31.07.2024
Fördersumme der angegebenen Teilprojekte: 1.356.516,00 €
Projektvolumen der angegebenen Teilprojekte: 1.356.516,00 €

Teilprojekt 1: Entwicklung von Kernmaterialien in neuartigen Kern-Schale-Kohlenstoffanoden für Natriumionenbatterien

Förderkennzeichen: 03XP0410A

Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung - Zweigstelle Fabeckstraße
12203 Berlin

Teilprojekt 2:

Förderkennzeichen: 03XP0410B

Technische Universität Berlin, Fakultät II - Mathematik und Naturwissenschaften - Institut für Chemie - Fachgebiet Anorganische- und Analytische Chemie
10623 Berlin

Teilprojekt 3:

Förderkennzeichen: 03XP0410C

Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH, Institut für Solare Energie - Forschergruppe Operando Analyse von Batterien
14109 Berlin

Fördergeber: BMBF, Referat 515
BMBF, Referat 523

Projektträger: PT-J

Leistungsplansystematik:
Batteriesystemforschung
Li-Ionen-Batterien

Förderprofil: Technologie- und Innovationsförderung

Förderart: PDIR

Ausführliche Beschreibung des Verbundprojektes

Herausforderungen und Ziele

Gegenstand des Verbundvorhabens DIALYSORB ist die Entwicklung maßgeschneiderter Kohlenstoffmaterialien als negative Elektrode („Anodenmaterial“) für Natriumionenbatterien (NIBs). Natriumionenbatterien gelten aufgrund vieler Parallelen und analogen Prozessschritten zur bereits etablierten Lithiumionentechnologie als attraktive „Drop-in“-Technologie. Ziel ist es dabei, Batterien mit hoher Energiedichte auf Basis nachhaltiger, ressourcenschonender Materialien zu entwickeln. Neben zahlreichen Forschungseinrichtungen arbeiten bereits auch zahlreiche Firmen/Startups auf diesem Thema, z.B. in China , Frankreich, Großbritannien, Indien oder den USA. Ein Flaschenhals der Technologie ist derzeit die negative Elektrode. Da Graphit nur in Spezialfällen (high power) für NIBs nutzbar ist, gelten ungeordnete Kohlenstoffe sogenannte Hard Carbons als besonders aussichtsreich.
Der Speichermechanismus für Natrium in diesen Kohlenstoffen ist sehr komplex und hängt, wie neuere Untersuchungen belegen, stark von der inneren Porosität ab. So zeigen Materialien mit unterschiedlicher innerer Struktur deutlich unterschiedliche Kapazitäten. Gleichzeitig muss die Grenzflächenrauigkeit reduziert werden, um die irreversible Kapazität möglichst gering zu halten. Bei aktuell genutzten/erforschten Materialien sind innere Struktur und Grenzfläche nicht unabhängig voneinander eingestellt. Wenig poröse Hard Carbons haben Grenzflächen mäßiger Rauigkeit, während poröse Kohlenstoffe sehr raue Grenzflächen aufweisen. Im Projekt DIALYSORB werden beide Aspekte getrennt adressiert, indem der Speichermechanismus in den Poren von den mit der Oberflächenrauigkeit verbundenen Verlustreaktionen räumlich getrennt wird. Dabei stehen das Verständnis der Struktur-Eigenschafts-Beziehungen in funktional aufgebauten Kohlenstoffmaterialien im Vordergrund, um das technische Potential dieser Materialklasse erstmals beziffern und voll ausschöpfen zu können. Dies geschieht durch die Entwicklung und Testung von neuartigen Kohlenstoffen.

Mit Hilfe von Anoden mit einer speziellen Struktur, soll erstmals die Bestimmung der theoretisch möglichen Kapazität möglich werden. So wird eine realistische Einschätzung des Anwendungspotentials, unter Berücksichtigung der Gefahr zur Dendritenbildung, ermöglicht. Zur Bestimmung der Struktur-Eigenschafts-Beziehungen werden operando-Methoden eingesetzt. Optimierte Anodenmaterialien werden mit dem Augenmerk auf eine kommerzielle Anwendung und unter Berücksichtigung der Batteriesicherheit auch in Pouchzellen (Vollzellen) getestet.


Kurzkategorisierung

Energiespeichertypen

Metall-Ionen-Batterien

Anwendungsfelder

Undefiniert

Förderempfänger

Forschungs- und Entwicklungseinrichtung

schwarze Schlagworte: charakterisieren das Teilprojekt
graue und schwarze Schlagworte: charakterisieren das komplette Verbundprojekt


Schlagworte zum Teilprojekt

Energiespeichertyp

Metall-Ionen-Batterien Natrium-Ionen-Batterien

Förderempfänger

Forschungs- und Entwicklungseinrichtung Bundesinstitut

Teilprojektleiter

Herr Dr. Tim-Patrick Fellinger
Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung - Zweigstelle Fabeckstraße
Unter den Eichen  44
12203 Berlin

Telefon: +49 30 8104-3669
E-Mail: tim-patrick.fellinger@bam.de


Verbundprojektleiter

Herr Dr. Tim-Patrick Fellinger
Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM)
Unter den Eichen 44-46
12203 Berlin
Telefon: +49 30 8104-3669


Pressekontakt für Verbundprojekt

Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung - Zweigstelle Fabeckstraße
Unter den Eichen 89
12205 Berlin
E-Mail: presse@bam.de

Typ Inhalt Aktion
Link Link zur Teilprojektwebsite Öffnen