Experimentelle Forschung des thermodynamischen Ursprungs der LiFePO4 Spannungshysterese
Obwohl Lithium-Ionen-Batterie-Materialien seit Jahrzehnten erforscht werden, basiert ein großer Teil des Fortschritts auf Trial-and-Error-Methoden. Bis jetzt gibt es noch keine ausreichendes Verständnis über die Charge-Transfer-Prozesse in Lithium-Ionen-Batterien. Speziell grundlegende Phänomene, wie z.B. der Ladungstransfer an den Grenzflächen zwischen elektrochemisch aktiven Komponenten von Lithium-Batterien, sind noch überhaupt nicht systematisch untersucht und verstanden. Speziell im Kontext der Energiespeicherung zur Nutzbarmachung erneuerbarer Energien besteht hier erheblicher Nachholbedarf in der Forschung.
Gemäß zwei neuen theoretischen Untersuchungen können zwei bis jetzt nicht ganz verstandenen Phänomene die hohe LiFePO4 Kapazität bei hohen Entladeströmen und die Hysterese der LiFePO4 Plateau-Spannungen beim Entladung und Aufladung verbunden werden. Hierfür wurde kürzlich von Dreyer und Gaberszek ein Modell aufgestellt, dass diese Hysterese auf einen thermodynamischen Ursprung zurückführt. Meine Forschung studiert diese Phänomene experimentell. In meiner Forschungsprojekt wird LiFePO4 synthetisiert, LiFePO4 Dünnschichten hergestellt und strukturelle und elektrochemische Messungen für LiFePO4 Dünnschichten gemacht. Danach wird die Hysterese der LiFePO4 Plateau-Spannungen beim Entladung und Aufladung tiefer analysiert und modelliert, um die Dreyer und Gaberscek Modell anzupassen und zu beweisen. Obwohl diese Forschung natürlich im Alleingang die gesamte Lithium-Ionen-Batterie-Industrie nicht revolutionieren wird, so kann sie doch das Verständnis der Lithium-Ionen-Kathodenmaterialen bedeutend verbessern und damit zu der Entwicklung eines wichtigen Forschungsbereichs von Lithium-Ionen-Batterien beitragen.