18.01.2006

Studien zur elektrochemischen Energiespeicherung von nanoskaligen Oxiden

Dr. Margret Wohlfahrt-Mehrens

Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung, Baden-Württemberg, Ulm

Ziel des Projekts ist die Evaluierung von neuartigen nanostrukturierten monodispersen und

mesoporösen Metalloxiden (TiO2) oder Nanokompositsystemen (C/TiO2, Me/TiO2, LixTiOy)

für Anwendungen in der elektrochemischen Energiespeicherung, insbesondere für den Einsatz

als Aktivmaterialien in Lithium-Ionen-Batterien. Nanostrukturierte oxidische Materialien

bieten erhebliche Innovationspotentiale für neue leistungsfähigere Energiespeichersysteme.

Potentielle Vorteile nanostrukturierter Systeme sind: a) sehr viel kürzere Transportlängen

sowohl für elektronischen als auch für Li+ Transport, was höhere Lade/Entladeleistungen

und/oder den Einsatz neuer Materialien mit intrinsisch schlechterer elektronischer oder

ionischer Leitfähigkeit ermöglicht, (b) größere Kontaktfläche zwischen Elektrode und

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Elektrolyt, was zu höheren Lade/Entladeleistungen führt, c) Verminderung von Spannungen

im Elektrodenverbund, die durch Volumenänderungen während der

Lithiuminsertion/exsertion entstehen, was sich vorteilhaft auf die Zyklen- und

Langzeitstabilität auswirkt, d) Anomalien in Nanomaterialien, die neue Reaktionspfade

ermöglichen.

Wegen ihrer intrinsischen Sicherheit und chemischen Kompatibilität mit den verwendeten

organischen Elektrolyten sind gerade Materialien auf der Basis von Titanoxiden, sowohl

Lithiumtitanate als auch die Polymorphen von Titandioxid sehr attraktive Kandidaten für den

Einsatz als Aktivmaterialien sowohl in Lithium-Ionen-Batterien als auch in

Hybrid/Superkondensatoren.

Ziel dieses Teilprojekts ist ein besseres Verständnis der Korrelationen zwischen

Partikelgröße, Morphologie und Struktur von nanostrukturierten monodispersen und

mesoporösen Metalloxiden (TiO2) oder Nanokompositsystemen (C/TiO2, Me/TiO2, LixTiOy)

und der elektrochemischen Lithiuminsertions/exsertionsprozesse. Ein Hauptfokus dieses

Teilprojekts liegt auf Untersuchungen zur reversiblen Lithiuminsertion in

Kompositmaterialien aus TiO2 und metallischen Phasen.

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