Die Entwicklung von Feststoffbatterien steht vor der Herausforderung, hochenergetische Lithium-Metall-Anoden erfolgreich in die industrielle Anwendung zu transferieren. Das Projekt „FB2-SiSuFest – Evaluation von Siliziumanoden in sulfidischen Festkörperbatterien“ untersucht Anodenmaterialien auf Basis von Siliziumnitrid (SiNx), die nach Ansicht der Forscher:innen eine vielversprechende Alternative zu herkömmlichen Lösungen sind. Somit könnte dieses Material einen wichtigen Beitrag zur Entwicklung leistungsstarker, sicherer und stabiler Batteriezellen leisten. Die Forschungsaktivitäten konzentrieren sich auf die Herstellung und Evaluierung von siliziumnitridbasierten Partikeln als Anodenmaterial in sulfidischen Feststoffbatterien. Das Projekt strebt eine wesentliche Verbesserung der Zyklenstabilität im Vergleich zu kommerziellen Anodenmaterialien an. Dabei wollen die Projektpartner die elektrochemischen und morphologischen Herausforderungen von Silizium durch den Einsatz amorpher Nanopartikel auf Basis von Siliziumnitrid überwinden.

Siliziumnitrid bildet vorteilhafte Phasen als Anodenmaterial in Feststoffbatterien

Die Forschung innerhalb des FestBatt-Clusters konzentriert sich unter anderem auf verschiedene Varianten von sulfidbasierten Feststoffbatterien. Trotz Fortschritten bleiben noch einige Fragen zur erfolgreichen Anwendung der hochenergetischen Lithium-Metall-Anode offen. Silizium könnte sich als legierungsbildendes Aktivmaterial anbieten. Allerdings bestehen weiterhin Herausforderungen durch elektrochemische und morphologische Instabilitäten. Diese könnten sich durch den Einsatz von Siliziumnitriden in Form amorpher Nanopartikel überwinden lassen, indem vorteilhafte Phasen während des Lade- und Entladevorgangs entstehen. Das Hauptziel des Forschungsverbunds besteht in der Weiterentwicklung innovativer SiNx-Aktivmaterialien und deren Evaluierung in Kompositanoden sowie sulfidischen Feststoffbatterien. Das Projektteam setzt dabei auf systematische Untersuchungen, tiefgehende Analytik sowie Material- und Prozessoptimierung, um insbesondere die Beladung und Zyklenstabilität im Vergleich zur Anwendung herkömmlicher Siliziumpartikel zu bewerten.

Die Erfahrung und Vernetzung der Partnerinstitutionen, darunter das Institut für Anorganische und Analytische Chemie der Universität Münster, das Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS in Dresden, das Institut für Energie- und Material-Prozesse der Universität Duisburg-Essen sowie das Physikalisch-Chemische Institut der Justus-Liebig-Universität Gießen, bilden das solide Fundament für das Projekt. Die Zusammenarbeit stärkt nicht nur den wissenschaftlichen Austausch, sondern auch die Integration mit den Plattformen Thiophosphate und Produktion im FestBatt-Cluster. Der Forschungsverbund erhält eine Förderung des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) in Höhe von 1,7 Millionen Euro im Rahmen der Förderrichtlinie „Clusters Go Industry“ als Teil des FestBatt-Clusters. Die Laufzeit des Projekts erstreckt sich von Dezember 2023 bis November 2025.

Quelle: Fraunhofer IWS | solarserver.de © Solarthemen Media GmbH