Zentrum für
BrennstoffzellenTechnik
ZBT GmbH

Bachelor- oder Masterarbeit: Kathodenmaterialien für Lithium-Ionen-Batterien

Synthese / Charakterisierung von Kathodenmaterialien auf Basis von LiNixCoyMnzO2 für Lithium-Ionen-Batterien

Zur Senkung des CO2-Ausstoßes sowie zur intensiveren Nutzung regenerativer Energien im mobilen und stationären Bereich sind neue Lösungen für die Speicherung elektrischer Energie erforderlich. Batterien  bieten den Vorteil, elektrischen Strom direkt speichern zu können. Die eingesetzten Batteriesysteme  sollen kostengünstig, umweltverträglich, hoch energie- und leistungsfähig sein und eine hohe Lebensdauer aufweisen.

Die 1990 von Sony kommerziell eingeführte Lithium-Ionen-Batterie (LIB) besteht aus einer Graphit- Anode und einer Lithi-umcobaltoxid (LCO)-Kathode. Aufgrund der Toxizität sowie der begrenzten  Nutzbarkeit von LCO wurde nach Alternativen für dieses Kathodenmaterial gesucht. Eine Variante stellt  die Klasse der NCM (LiNixMnyCozO2) dar. In einer Vielzahl von kom-merziell erhältlichen LIB wird  vorwiegend das sogenannte Drittelmaterial (x = y = z = 0,33) eingesetzt. Die Nachteile dieses Materials sind allerdings die recht geringe Energiedichte sowie der hohe Anteil des toxischen Cobalts. Im  Rahmen  dieser Arbeit sollen nun NCM-Materialien unter Variation des Verhältnisses der Metalle  synthetisiert und charakterisiert werden.

Zunächst soll NCM mit bekannten Eigenschaften, z. B. das NCM 523, unter Betreuung von Herrn Prof.  Behrens hergestellt werden. Nach einer entsprechenden Charakterisierung dient das NCM 523 als  Referenz für die weiteren zu synthetisieren-den Materialien. Für die Strukturanalytik lassen sich   folgende Methoden einsetzen: XRD, ICP-OES (ICP-MS), REM sowie EDX (als Alternative zu ICP-OES bzw.  CP-MS). Die nasschemische Herstellung der Elektroden sowie die elektrochemische  Charakterisierung erfolgen am ZBT. Als elektrochemische Untersuchungsmethoden sind die  Zyklovoltammetrie sowie das Zyklisieren einzusetzen. Im Anschluss an die Untersuchung des  Referenzmaterials sollen 3 bis 4 weitere NCM-Materialien unter Variation des Verhältnisses der  Übergangsmetalle synthetisiert und mit den genannten Methoden charakterisiert werden.

Ansprechpartner (inhaltliche Fragen): Dr. Sebastian Wennig (0203-7598-2186)