OMICON - Organische Ionen und Elektronen Gemischtleiter für Hoch-Energie Batterien

Energiespeicherung ist unbestreitbar unter den größten gesellschaftlichen Herausforderungen. Batterien werden eine Schlüsseltechnologie sein, benötigen dazu aber bedeutende Fortschritte. Batteriematerialien, die einen Quantesprung in Energiedichte im Vergleich zu jetzigen Li-Ionen Batterien versprechen basieren auf fundamental unterschiedlichen Reaktionen zur Ladungsspeicherung, z.B. Legieren von Si oder O2 Reduktion anstatt von Einlagerung. Sie haben grosse Volumenänderungen beim Zykeln und schlechte Leitfähigkeit gemeinsam. Damit ein Aktivmaterial in einer Batterie funktioniert muss es simultan in Kontakt mit ionischen und elektronischen Pfaden zum Elektrolyten und zum Stromabnehmer stehen. Leitadditive und Binder am Stand der Technik können den idealen Kontakt nicht sicherstellen und das volle Potential dieser Materialien ausnutzen. In diesem Projekt ziele ich direkt auf diese fundamentalen Herausforderungen von Hochenergiebatterien ab, indem jetzt verwendete Leitadditive und Binder durch flexible organische Ionen und Elektronen Gemischtleiter ersetzt werden, die den Volumenänderungen folgen und an jedem Punkt engen Kontakt mit Ionen und Elektronen sicherstellen. Dies erforder Fortschritte mit der grundlegenden Wissenschaft solcher Leiter für die zu erzielen wir fortschrittliche synthetische, elektroanalytische und spektroskopische Methoden, unterstützt von Theorie, entwickeln und kombinieren. Gemischt leitende Polymer Gele, erdacht für das jeweilige Speichermaterial, sollen für zwei ultra-hochkapazitive Elektroden erarbeitet werden, die O2 Kathode und die Si Anode. Der signifikante Vorteil, neben enger Kontaktierung, ist, dass die Packungsdichte von Aktivmaterial maximiert werden kann. Dies erhöht die Energie, die pro Masse und Volumen der Gesamtelektrode gespeichert werden kann indem rigoros die Mengen nichtaktiver Materialien im Vergleich zu jetzigen Ansätzen reduziert werden. Die erwartete übergeordnete wissenschaftliche Bedeutung umfasst verbessertes Verständnis von Gemischtleitern bezüglich Synthese, Struktur, Leitfähigkeit und ihrem Verhalten in der komplexen Batterieumgebung. Dies eröffnet neue Perspektiven für das Reich von hochkapazitiven Batteriematerialien, die einen solche Durchbrüche erfordern, um erfolgreich zu sein.