Münster (upm), 20. März 2013
Wie sich durch die gezielte Behandlung von Graphitpartikeln die Lebensdauer von Batterien deutlich verlängern lässt, haben Wissenschaftler der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster (WWU) im Forschungsprojekt "LiVe" gemeinsam mit Chemikern, Physikern und Ingenieuren aus ganz Deutschland ergründet. LiVe ist die Abkürzung für Lithium-Batterie-Verbundstrukturen. Im Fokus stand unter anderem die Oberflächenbehandlung von Graphit mit Silizium-Oxid. Möglich wurde die Arbeit der Wissenschaftler durch eine Förderung in Höhe von rund 5,4 Millionen Euro, die das Bundesministerium für Bildung und Forschung im Rahmen der Innovationsallianz LIB 2015 für vier Jahre zur Verfügung gestellt hat.
Graphit ist eine der zentralen Komponenten in aktuellen Lithium-Ionen-Batterien und dient der sicheren Speicherung des Lithiummetalls. "Durch die Behandlung der Graphitpartikel mit Silizium-Oxid lässt sich die Batteriezelle deutlich häufiger laden und entladen, was zu einer Steigerung des Batterielebens führt", sagt Projektkoordinator Prof. Hans-Dieter Wiemhöfer vom Institut für Anorganische und Analytische Chemie der WWU Münster. Darüber hinaus tragen die modifizierten Partikel dazu bei, dass sich die auf Graphit notwendige Schutzschicht – die so genannte Solid Electrolyte Interphase (SEI) – besser herausbilden kann. Durch die enge Zusammenarbeit mit Ingenieuren der Universität Braunschweig sowie der Universität Erlangen-Nürnberg konnte das Beschichtungsverfahren bereits im Produktionsmaßstab erprobt werden. "Wir haben eine enge Verbindung von Grundlagenforschung und Prozessentwicklung geschaffen und so die Weichen für die industrielle Anwendung gestellt", betont Hans-Dieter Wiemhöfer.
Zu den weiteren zentralen Ergebnissen des Projekts zählt die erfolgreiche Herstellung von Dünnschicht-Batterien. Dabei handelt es sich um Zellen im Miniaturformat, die besonders wenig Platz benötigen und zum Beispiel in RFID-Chips oder Smartphones zum Einsatz kommen können. Das Interesse der Wissenschaftler war es, ein tieferes Verständnis der Prozesse an den Grenzflächen der Aktivpartikel zu entwickeln.
Die Ergebnisse aus LiVe haben die Forscher bereits durch wissenschaftliche Artikel und Präsentationen auf Fachkonferenzen veröffentlicht, und sie flossen in eine Vielzahl an Doktorarbeiten ein. Ein Industriekonsortium hat das Projekt als beratendes Gremium aktiv begleitet.
Von Seiten der WWU waren neben Prof. Wiemhöfer die Arbeitskreise der Professoren Hellmut Eckert, Rainer Pöttgen, Guido Schmitz und Martin Winter sowie Privatdozent Dr. Hubert Koller an dem Vorhaben beteiligt. Zu den weiteren Projektpartnern gehörten Prof. Michael Binnewies der Leibniz Universität Hannover, Prof. Bernd Friedrich der RWTH Aachen, Prof. Angelika Heinzel der Universität Duisburg Essen, Prof. Jürgen Janek der Justus-Liebig Universität Gießen, Prof. Arno Kwade der Technischen Universität Braunschweig sowie Prof. Karl-Ernst Wirth der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg.