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Copolymer-Komposit-Festelektrolyt für Lithium-basierte Batterien mit hoher Ionenleitfähigkeit bei Raumtemperatur


Kurzfassung

Die erfindungsgemäße Technologie betrifft Festelektrolyte für den Einsatz in Lithium-Batterien, basierend auf einem neuartigen Copolymer, das eine hohe Ionenleitfähigkeit bei Raumtemperatur aufweist und somit den Betrieb von Batterien bei Raumtemperatur ermöglicht.


Hintergrund

Lithium-Ionen-Batterien mit flüssigen Elektrolyten sind in ihrer Anwendung aufgrund unzureichender Sicherheit und Kapazität eingeschränkt. Zum einen können sie bei Unfällen auslaufen und giftige bzw. entflammbare Gase bilden. Zum anderen sind sie hinsichtlich der Energiedichte begrenzt, was etwa bei ihrem Einsatz in der Elektromobilität zu begrenzten Reichweiten führt. Batterien mit Festelektrolyten könnten deutlich kompakter gebaut werden und diese Nachteile umgehen; alle bisher entwickelten Festelektrolyte weisen jedoch signifikante Schwächen auf. Keramische Elektrolyte sind aufgrund ihrer Härte schwierig zu verarbeiten und weisen hohe Grenzflächenwiderstände auf. Festelektrolyte auf Polymerbasis sind demgegenüber aufgrund ihrer geringen Kosten und leichten Verarbeitbarkeit attraktiv, müssen bislang jedoch bei Temperaturen um 60 bis 80 °C betrieben werden, um eine hinreichende Ionenleitfähigkeit zu gewährleisten.


Bilder & Videos


Lösung

Die Erfindung bezieht sich auf Festelektrolyte für den Einsatz in Lithium-basierten Batterien (Lithium-Ionen-, Lithium-Metall- sowie Lithium-Schwefel-Batterien). Die Festelektrolyte basieren auf einem Copoly-mer aus Pentaerythritoltetraacrylat (PETEA) sowie kurzkettigem Polyethylenglycol-Divinylether (PEG), dessen Ionenleitfähigkeit eine nur geringe Temperaturabhängigkeit aufweist und durch eingebrachte funktionalisierte Keramikpartikel weiter erhöht wird. Dies führt zu einer Ionenleitfähigkeit > 10-3 S/cm bei Raumtemperatur, sodass die Elektrolyte auch bei niedrigen Temperaturen direkt eingesetzt werden können. Das PEG-Monomer fungiert hierbei als Li-Ionen-Träger, während das PETEA-Monomer die Doppelfunktion eines Vernetzers und eines Polysulfidankers (bei Lithium-Schwefel-Batterien) aufweist.


Vorteile

  •  Anwendbarkeit in Li-Ionen-Batterien, Li-Metall-Batterien und Li-Schwefel-Batterien
  • Geringe Betriebstemperatur möglich (Raumtemperatur), daher Verzicht auf externe Heiz- oder Drucksysteme
  • Geringe Temperaturabhängigkeit, daher stabiles Verhalten bei Temperaturschwankungen
  • Gute mechanische Eigenschaften bzw. Sicherheit für mobile Anwendungen
  • Komponenten sind kostengünstig, kommerziell verfügbar und können lösemittelfrei polymerisiert werden

Anwendungsbereiche

Batterietechnik, Lithium-Ionen-Batterien


Service

Lizenz zur gewerblichen Nutzung / Kooperation möglich


EZN Erfinderzentrum Norddeutschland GmbH

Dr.-Ing. Christoph Gaebel
0511 850 308-0
gaebel@ezn.de
www.ezn.de
Adresse
Theaterstraße 2
30159 Hannover



Entwicklungsstand

Funktionsnachweis


Patentsituation

  • DE anhängig

Stichworte

Batteriezelle, Festelektrolyt, Festkörperbatterie, Lithium, Polymer

Angebot Anbieter-Website


Kontakt | Geschäftsstelle

TransferAllianz e. V.
Christiane Bach-Kaienburg
(Geschäftsführerin)

c/o TransMIT GmbH
Kerkrader Straße 3
D-35394 Gießen