Elektrode für Hochenergie-Batterien

Herausforderung

Elektrochemische Energiespeicher jenseits der Lithium-Ionen-Batterie erfordern neue Konzepte und Materialien, die günstigere und leistungsfähigere Akkus hervorbringen. Forschungsschwerpunkte liegen dabei auf konversionsbasierter Zellchemie, wie sie zum Beispiel in Metall-Luft-Batterien zu finden ist. Insbesondere das Li-O2-System bietet theoretisch eine hervorragende Energiedichte. Um die versprochenen hohen Kapazitäten erzielen zu können, sind Elektroden mit angepasster Porenstruktur und großer elektrochemisch aktiver Oberfläche erforderlich.

Lösung

Mit dem Ziel einer optimierten Reaktionsgrenzfläche wurden Dispersionselektroden im Rahmen einer experimentellen Untersuchung von Li‑O2‑Batterien entwickelt. Durch die direkte Vermengung eines leitfähigen Kathoden-Aktivmaterials mit einem flüssigen Elektrolyten wird eine Dispersion hergestellt, die als funktionsfähige Elektrode in Batterien eingesetzt werden kann. Die Mixtur wird von einem Substrat absorbiert, welches gleichzeitig den Strom- und Stofftransport in relativ dicken Elektroden ermöglicht. Im Gegensatz zu konventionellen Festkörperelektroden, die mit Elektrolyt benetzt werden, lässt sich die elektrochemisch aktive Grenzfläche einer Dispersionselektrode über das Mischverhältnis von Festkörper und Flüssigkeit maximieren. Am Beispiel von Li-O2-Batterien erfolgte der Machbarkeitsnachweis, dass Gasdiffusionselektroden auch ohne starre oder aufwändig hergestellte Porenstruktur funktionieren können.

Vorteile

• Simple Prozessführung (ohne weitere Lösemittel oder Binder)

• Materialauswahl und Mischverhältnis können angepasst werden

• Übertragbar auf weitere elektrochemische Systeme (z.B.: elektrochemische Reaktoren, Elektrolyseure)

Status

• Patentanmeldung beim Deutschen Patent- und Markenamt, sowie in Europa und den USA

• Proof of concept

Die RWTH Aachen University ist auf der Suche nach Partnern zur Patentverwertung und Forschungspartnern für Entwicklungskooperationen.

RWTH Technology #2145
Fields of application Elektrochemie, Batterien, Brennstoffzellen
Keywords #Dispersion; #Lithium-Sauerstoff-Batterien; #Li-Ion-Batterien