Elektrochemische Energiespeicher sind ein essentieller Bestandteil einer transformierten und nachhaltigen Energiewirtschaft. Die Elektromobilität kann vor allem in Ballungsräumen zu erheblichen Einsparungen der Schadstoffemissionen führen und dabei gleichsam energieeffizienter sein. Zur Steigerung von Energiedichten, verbesserter Sicherheit und nachhaltigerer Ressourcenwahl dienen neue Batteriekonzepte wie Lithium-Schwefel Batterien. In diesem Zuge ist aber auch der Ersatz der kommerziellen Flüssigelektrolyte relevant, was unter anderem mit Polymer-Feststoffbatterien erreicht werden kann.
Der erste Teil der Promotion beschäftigt sich mit der rapiden Kapazitätsabnahme von Lithium-Schwefel Batterien. Die Abnahme wird meist durch das Abwandern von Intermediaten von der Schwefel-Kathode hin zur Anode bedingt. Durch kovalente Verknüpfung von Schwefel an Ankermoleküle, hier Polythiophene mit funktionellen Seitenketten, soll die Abwanderung verlangsamt werden und eine deutlich erhöhte Lebensdauer erreicht werden.
Im zweiten Teil der Promotion wurden in Teilprojekten verschiedene Polymer-Feststoffelektrolyte auf Anwendbarkeit, Leistungsfähigkeit und Langlebigkeit untersucht. Dabei werden in Teilprojekten verschiedene Aspekte von Polymer-Feststoffelektrolyten beleuchtet.
Die erste Fragestellung beschäftigt sich mit verschiedenen Polymerarchitekturen und unterschiedlichen funktionellen Gruppen, wobei einerseits Polyester- und andererseits Polyether-basierte Materialien untersucht werden. Dabei soll die Auswirkung der chemischen Struktur und Koordination zwischen Polymer und Lithium-Ionen untersucht werden. Vor allem in Polyester-basierten Materialien kann die verminderte Bindungsstärke zu einem effizienteren Ionentransport beitragen.
Die zweite Forschungsfrage stellt sich der Herausforderung, wie für eine hohe ionische Leitfähigkeit nötigen weichen Materialien ausreichend mechanisch verstärkt werden können, um langlebige und stabile Elektrolyte zu ermöglichen. Dabei sollen verschiedene Methoden zur mechanischen Verstärkung angewendet und verglichen werden: Füllen (Zusatz von Nanopartikeln), Blenden (Mischen verschiedener Polymere), Copolymerisation (synthetischer Ansatz verschiedene Eigenschaften in einem Material zu vereinigen) und Vernetzung (Schaffung von Verknüpfungspunkten).