NSF-DFG MISSION: INCUBATOR - Erforschung der Grenzfl?chenchemie in Sulfid-basierten Festk?rperbatterien durch weiche und harte R?ntgenspektroskopie unter 金贝棋牌sbedingungen

Festk?rperbatterien (SSBs) bieten durch die Verwendung von Li-Anoden hohe Energiedichten und verbessern die Sicherheit durch den Verzicht auf Flüssigelektrolyte. Schichtoxide werden h?ufig als aktive Kathodenmaterialien (CAMs) in SSBs verwendet, die Kapazit?t sowie die chemische Stabilit?t gegenüber Festelektrolyten ist aber begrenzt. Sulfid-CAMs sind attraktive Alternativen. In der Regel führen sie zu geringeren Zellspannungen, gleichen den Verlust in Energiedichte aber durch eine h?here Kapazit?t über reversible Anionen-Schwefel-Redoxreaktionen aus. Vor kurzem wurde CuS als CAM untersucht. Die Reaktion von CuS mit Lithium l?uft dabei über einen einzigartigen Verdr?ngungsmechanismus ab, welcher zu einer Phasenseparation führt. Es wird angenommen, dass dies auf die ?hnlichen Radien von Li+ und Cu+ zurückzuführen ist, die Details des zugrunde liegenden Redoxmechanismus sind jedoch unklar. Dies und die m?gliche Verwendung von Li-Metallanoden erfordern geeignete Werkzeuge, um die Redoxprozessen mit elementarer Aufl?sung im 金贝棋牌 zu untersuchen. Synchrotron-basierte Methoden erm?glichen Operando-Studien an versteckten Grenzfl?chen durch R?ntgenspektroskopiemethoden wie HAXPES, XAS und RIXS. Die operando-Untersuchung von SSBs ist wichtig, da Post-Mortem-Analysen durch Relaxationseffekte und durch die hohe Reaktivit?t von S- und Li-haltigen Verbindungen verf?lscht werden k?nnen. Für SSBs gibt es bisher keine gemeinsame Probenplattform, die Operando-Studien mit dieser Kombination von R?ntgenspektroskopien erm?glicht. So ist es eine gro?e Herausforderung, geeignete Fenster für den Durchtritt von R?ntgenstrahlen und Elektronen zu entwickeln und gleichzeitig die Funktion der SSBs aufrechtzuerhalten, da diese bei erh?hten Drücken (i.d.R. 5–70 MPa) betrieben werden müssen.
In INCUBATOR werden wir die in Sulfid-CAMs ablaufenden Redoxprozesse unter Einsatzbedingungen bestimmen. Um dieses Ziel zu erreichen, ist die Entwicklung einer multimodalen Operando-Zelle erforderlich, die Experimente mit hoher Energieaufl?sung auf verschiedenen L?ngenskalen durch HAXPES, XAS und RIXS erm?glicht. Mit diesen Methoden k?nnen elektrochemischer Prozesse und Abbauprozesse an Elektroden/Elektrolyt-Grenzfl?chen bestimmt werden, einschlie?lich 1) die Unterscheidung von Schwefel-Redoxprozessen in CAMs und m?glichen Zersetzungsprozessen mit dem Festelektrolyten, 2) die Bestimmung des Reaktionswegs in CuS-CAMs w?hrend des Ladens/Entladens, und 3) die Untersuchung der Li-Abscheidung in einer anodenfreien Zellkonfiguration. Das Erreichen der Ziele ist eine Herausforderung, jedoch entscheidend für die Entwicklung von CAMs mit reversiblem Schwefelanionen-Redox, die stabile SEIs. Der in diesem Projekt entwickelte Workflow und die multimodale Operando-Plattform k?nnen zur Weiterentwicklung verschiedener elektrochemischer Festk?rpersysteme genutzt werden und bieten gleichzeitig die M?glichkeit, den Einsatz mit minimalen Design?nderungen auf andere Techniken wie SEM oder XRD auszudehnen.