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LiVe – Lithium-Verbundstrukturen

(Projektzeitraum: 01.02.2009 – 31.01.2013)
Im BMBF geförderten Projekt LiVe – Lithium-Verbundstrukturen verfolgt ein Institutskonsortium mit insgesamt zwölf Teilarbeitsgruppen* das Ziel der „Performancesteigerung durch gezielte Elektrodenarchitektur mit Nanokompositen und Core-Shell-Materialien“.
Die Konzentration von LiVe auf die gezielte Elektrodenarchitektur erfordert auf Materialebene den Einsatz von Nanokompositen, Core-Shell-Materialien und chemisch modifizierten Materialverbünden, auf Elektrodenebene eine sorgfältig gesteuerte dreidimensionale Verteilung und Vernetzung der verschiedenen Materialen in den teilweise mehrschichtigen Elektroden, sowie auf Zellebene einen möglichst kompakten Elektrode/Elektrolyt-Separator-Verbund.
Die Spannweite der Projektarbeiten erstreckt sich deshalb von der theoretischen Modellierung und der daraus abzuleitenden Festlegung optimaler Mikro- und Nanostrukturen über chemische Technologien zur Partikelherstellung und –funktionalisierung und entsprechende Fertigungsprozesse, Beschichtungstechniken und Schichtverbund-Präparationen bis hin zu Technologien für Zerlegung, Stofftrennung und Recycling der Zell- und Elektroden-Verbundstrukturen. Hinzu kommt die begleitende Diagnose der hergestellten Modellbatterien hinsichtlich ihrer Betriebseigenschaften und Lebensdauer.
Innerhalb des Institutskonsortiums beschäftigt sich das Institut für Partikeltechnik als eines der vier (verfahrens-)technischen Institute mit der „Entwicklung von ein- und mehrdimensionalen Partikel- und Elektrodenverbundstrukturen im Labor- und Kleinproduktionsmaßstab“. Die Arbeiten konzentrieren sich auf mehrere Teilaspekte, die einen entscheidenden Beitrag zur Entwicklung hochleistungsfähiger Verbundelektroden liefern:

  • Scale-up eines im Konsortium entwickelten Prozesses zur chemischen Aktivmaterialfunktionalisierung
  • Konditionierung und Strukturierung von Aktivmaterialien: Nanozerkleinerung und Reagglomeration, innere Nanostrukturierung, gezielte Einstellung von Partikelgrößenverteilungen, Morphologieänderung, Hochintensivmischverfahren und mechanische Oberflächenbelegung bzw. Kompositbildung
  • Strukturierungskonzepte im diskontinuierlichen Beschichtungsprozess: Pasten- bzw. Formulierungs-strategieentwicklung, Elektrodenfertigung mit ein- und zweidimensionaler Architektur
  • kontinuierlicher Beschichtungsprozess im Technikumsmaßstab: Parameterstudien, Betriebsparameterwahl, Übertragung wesentlicher entwickelter Strukturierungskonzepte des Gesamtkonsortiums auf kontinuierlich hergestellte Elektrodentapes (Technikumsmaßstab)
  • begleitende Charakterisierung der Pulver, Suspensionen und Elektroden, insbesondere mechanische und strukturelle Analytik

* Arbeitsgruppen/Partner im Projekt:

  • RWTH Aachen, IME Metallurgische Prozesstechnik und Metallrecycling, Arbeitsgruppe Prof. Friedrich
  • Technische Universität Braunschweig, Institut für Partikeltechnik, Arbeitsgruppe Prof. Kwade
  • Universität Duisburg-Essen, Energietechnik, Arbeitsgruppe Prof. Heinzel
  • Universität Erlangen-Nürnberg,Lehrstuhl für Feststoff- und Grenzflächenverfahrenstechnik, Arbeitsgruppe Prof. Wirth
  • Justus-Liebig-Universität Gießen, Physikalisch-Chemisches Institut, Arbeitsgruppe Prof. Janek
  • Leibniz-Universität Hannover, Institut für Anorganische Chemie, Arbeitsgruppe Prof. Binnewies
  • Westf. Wilhelms-Universität Münster und MEET:
    a.  Institut für Physikalische Chemie: Arbeitsgruppe Prof. Winter, Arbeitsgruppe Prof. Eckert,  Arbeitsgruppe PD Dr. Koller
    b.  Institut für Anorganische und Analytische Chemie: Arbeitsgruppe Prof. Wiemhöfer, Arbeitsgruppe Prof. Pöttgen
    c.  Institut für Materialphysik, Arbeitsgruppe Prof. Schmitz

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