Das Projekt "Elektrochemische und microstrukturelle Untersuchung der Prozesse in Anoden für Hochkapazitäts-Lithium-Ionen-Batterien basierend auf Si-Mikrodrahtanordnungen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität zu Kiel, Institut für Materialwissenschaft, Arbeitsgruppe Funktionale Nanomaterialien durchgeführt. Ziel des Projektes ist es, Silizium Draht Anoden (SDA) für Li-Ionenakkumulatoren durch ein besseres Verständnis der grundlegenden Prozesses während der Lithiierung/Delithiierung zuverlässiger und leistungsfähiger zu machen. Silizium ist das derzeit beste Material für Anoden, mit einer gegenüber Standardgraphit über zehnmal höheren Energiedichte, muss aber nano- oder mikrostrukturiert werden um mechanische Spannungen beim Betrieb zu minimieren. Die SDA der Antragsteller sind bereits sehr weit entwickelt und zeigen vielversprechende Eigenschaften für sicherere Batterien mit höchsten Kapazitäten. Für weitere Optimierungen werden aber die Resultate der geplanten Arbeiten benötigt. Das Projekt hat zwei Hauptteile: 1. Optimierung der Herstellung und in-situ elektrochemische Charakterisierung von SDA. 2. Mikrostrukturelle Charakterisierung der SDAs in verschiedenen Beladungszuständen. Im ersten Teil wird in-situ charakterisiert, dabei wird neben Standardmethoden insbesondere eine nur beim Antragsteller verfügbare FFT Impedanzspektroskopie eingesetzt. Der zweite Teil stützt sich auf elektronenmikroskopische Techniken mit spezieller Probenpräparation und einer in dieser Form einmaligen Strategie für den Transfer von luftempfindlichen Proben. Erwartet werden wissensbasierte Antworten auf derzeit offene Fragen wie: Was bestimmt die optimale Drahtgeometrie (Länge, Durchmesser, Abstand)? Wie und wo wird Lithium ein- und ausgebaut? Welchen Einfluss besitzt der ohmische Widerstand der Drähte in der Lithierungsprozess? Was ist die atomare Struktur der Phasengrenzen? Existieren Konzentrationsgradiente in den Drähten, insbesondere am Anschluss zur Cu-Ableitelektrode? Welche mikrostrukturelle Degradationsmechanismen auftreten bei der Zyklierung (Drahtbruch, lokale Kurzschlüsse, Rolle der SEI Schicht)? Wie groß sind die Zeitkonstanten der Reaktionen? Wie verhalten sich die SDA unter extremen Umständen (Kurzschluss, Sauerstoffeinbruch)? Der Parameterraum bei der Herstellung, Konditionierung und Zyklierung der SDA ist viel zu groß um experimentell hinreichend ausgeleuchtet werden zu können. Die vorgeschlagenen Untersuchungen sind deshalb für weitere Fortschritte unabdingbar.