Polymer Keramik Elektrolyte (PCE) für Mitteltemperatur Na-Batterien

Im Zentrum des Projekts PCEforNB steht die explorative Entwicklung einer Natrium-Feststoffbatterie. Die Besonderheit im Vergleich zu anderen Ans?tzen ergibt sich aus der Kombination der eingesetzten Materialen. Neben Natrium (Anode) sollen mit beta-alumina und PEO-basierten Polymerelektrolyten sowohl keramische als auch polymere Festelektrolyte zum Einsatz kommen. Gegenstand des Teilvorhabens sind insbesondere die Entwicklung der Kathode, sowie die elektrochemischen Untersuchungen. Als Kathode wird Natrium-Vanadiumphosphat (NVP, Na3V2(PO4)3 eingesetzt, welches sich im Vergleich zu anderen Kathodenmaterialien durch ein sehr definiertes Redoxpotential von ca. 3.4 V auszeichnet 1 und damit im elektrochemischen Stabilit?tsbereich der Polymermatrix liegt. Das Material wird im Teilvorhaben synthetisiert und die elektrochemischen Eigenschaften untersucht. Mit NVP wurde bewusst ein Material gew?hlt, welches bereits bekannt ist. Im Projekt kann daher der Fokus auf die Materialoptimierung gelegt werden. Dies betrifft insbesondere die Integration von NVP als Elektrodenmaterial in Feststoffbatterien. Hierzu müssen geeignete Komposite (Polymer-Komposit-Kathoden, PKK, bestehend aus Polymerelektrolyt, NVP und Kohlenstoff) mit ausreichend hoher elektrochemischer Aktivit?t und Kompatibilit?t mit beta-alumina pr?pariert werden. Ebenso wird im Teilvorhaben NVP für das Projektkonsortium zur Verfügung gestellt.
Folgende Kernaspekte sind Ziele des Teilvorhabens:
? Als Teil des Arbeitspakets 1 - Partikelsynthese und Optimierung
o Synthese von Natrium-Vanadiumphosphat (NVP) als Aktivmaterial (Kathode) mit optimierter elektrochemischer Aktivit?t (Phasenreinheit, Kohlenstoffgehalt) und verschiedenen Partikelgr??en
o Bereitstellung von NVP an die Projektpartner
o Charakterisierung der Materialien (Aktivmaterialen, Komposite, post-mortem Untersuchungen) mittels Standardverfahren wie XRD, SEM/EDX, Raman-Spektroskopie und optischer Mikroskopie/LIBS.
? Als Teil des Arbeitspakets 4 - Zellintegration und Elektrochemie
o Herstellung und Charakterisierung von Polymer-Komposit-Kathoden (PKK) be-stehend aus Polymerelektrolyt, NVP und Leitadditiv, sowie Charakterisierung der PKK, welche über ein technologischeres Verfahren beim Projektpartner IAP hergestellt werden.
o Bestimmung der ionischen und elektronischen Leitf?higkeiten der PKK und der Separatorfestelektrolyten (Polymer-Ceramic Elektrolyte, PCE) in symmetri-schen Zellen mittels Impedanzspektroskopie und DC-Messungen. Die PCE werden von den Projektpartnern zur Verfügung gestellt. Druck- und temperaturabh?ngige Messungen, Stabilit?tsuntersuchungen.
o Bau von Vollzellen und Bestimmung des Lade-/Entladeverhaltens bei verschie-denen Temperaturen und Drücken (Na/PCE/PKK)