Zentrum Batterieforschung

Kohlenstoff-Nanomaterialien für hocheffiziente Batterien und Supercaps

Mit Kohlenstoffen erreicht man die effiziente Stromzuführung und -Ableitung innerhalb der porösen Elektroden von Batterien, aber auch Superkondensatoren. Eine hohe intrinsische Leitfähigkeit, ein guter Kontakt zu den Aktivmaterialien, sowie zu den Stromkollektoren sind die wesentlichen Voraussetzungen, die ein Kohlenstoff-Additiv in diesen Energiespeichern erfüllen muss. Eine Verbesserung des Leitadditivs kann somit maßgeblich an der Steigerung von Energie- und Leistungsdichte des Speichers mitwirken.

Leistungsangebot

Elektronenmikroskopische Aufnahme CVD Kohlenstoffschichten auf Pulvern
© Foto Fraunhofer IWS Dresden

Elektronenmikroskopische Aufnahme CVD Kohlenstoffschichten auf Pulvern

Elektronenmikroskopische Aufnahme vertikal orientierter Kohlenstoffnanoröhren für Batterie-Elektroden
© Foto Fraunhofer IWS Dresden

Elektronenmikroskopische Aufnahme vertikal orientierter Kohlenstoffnanoröhren für Batterie-Elektroden

Elektronenmikroskopische Aufnahme poröser Kohlenstoffe für die Batterie-Anwendung
© Foto Fraunhofer IWS Dresden

Elektronenmikroskopische Aufnahme poröser Kohlenstoffe für die Batterie-Anwendung

Am IWS wird an verschiedenen, neuartigen Kohlenstoffmaterialien geforscht. Das Leistungsangebot für den Bereich der Batterie- und Supercap-Entwicklung umfasst insbesondere:

Kohlenstoff-Dünnschichten zur Beschichtung von Stromkollektoren und Aktivmaterialien

Dünne Kohlenstoffschichten mindern Grenzflächenwiderstände zwischen Aktivmaterial und metallischem Stromkollektor. Außerdem werden sie verwendet, um Aktivmaterialien mit elektrisch und ionisch leitfähigen Verkapselungen zu versehen. Die dafür am IWS entwickelten CVD-Prozesse tragen somit zur Steigerung der Effizienz und Leistung bei.

CNT

Kohlenstoffnanoröhren (CNT) zeichnen sich u.a. durch eine hohe elektrische Leitfähigkeit aus. Dies macht sie zu einzigartigen Leitadditiven in leistungsfähigen Elektroden.  In Form von vertikal orientierten Kohlenstoffnanoröhren, welche durch CVD auf metallischen Stromkollektoren abgeschieden werden können, stellen sie sowohl Stromkollektor als auch poröse Kohlenstoffmatrix zur Aufnahme von Aktivmaterial dar.

Poröse Kohlenstoffe

Kohlenstoffe mit maßgeschneiderter Porosität werden durch ein neues Templatverfahren hergestellt. Kostengünstige Ausgangsmaterialien und die Karbonisierung und Templatentfernung in einem Schritt sind die Vorteile dieses innovativen Prozesses. Hohe Oberflächen bis 3.000 m2/g und definierte Meso-, bzw. Makroporen zwischen 5 und 150 nm können gezielt eingestellt werden. U.a. sind diese Materialien ideal als Matrixmaterial für Schwefel-Kathoden in Li-S und Na-S Batterien geeignet.

Publikationen

P. Strubel, S. Thieme, T. Biemelt, A. Helmer, M. Oschatz, J. Brückner, H. Althues and S. Kaskel, Adv. Funct. Mater., 2015, 25, 287–297.

S. Thieme, J. Brückner, A. Meier, I. Bauer, K. Gruber, J. Kaspar, A. Helmer, H. Althues, M. Schmuck and S. Kaskel, J. Mater. Chem. A, 2015, 3, 3808–3820.

C. Hoffmann, S. Thieme, J. Brückner, M. Oschatz, T. Biemelt, G. Mondin, H. Althues and S. Kaskel, ACS Nano, 2014, 8, 12130–12140.

A. Meier, M. Weinberger, K. Pinkert, M. Oschatz, S. Paasch, L. Giebeler, H. Althues, E. Brunner, J. Eckert and S. Kaskel, Microporous Mesoporous Mater., 2014, 188, 140–148.

S. Dörfler, M. Hagen, H. Althues, J. Tübke, S. Kaskel and M. J. Hoffmann, Chem. Commun., 2012, 48, 4097.

S. Dörfler, A. Meier, S. Thieme, P. Németh, H. Althues and S. Kaskel, Chem. Phys. Lett., 2011, 511, 288–293.