Natrium-Ionen Materialien und Demonstratoren für mobile und stationäre Energiespeicher

Das Verbundvorhaben TRANSITION TRANSFER beschäftigt sich mit der Entwicklung von Natriumionenbatterien (NIBs). Dabei werden die einzelnen Komponenten (Anode, Kathode, Elektrolyt) konsequent weiterentwickelt und hochskaliert. Als Kathode sollen Schichtoxide, als Anode Hartkohlenstoffe und als Elektrolyte verschiedene nichtwässrige Systeme eingesetzt werden. Die Funktion der besten Kombinationen sollen in gestapelten Pouchzellen demonstriert und perspektivisch auf Zellen des Formats 18650 oder 21700 übertragen werden.
Im Zentrum des Teilvorhabens der HU Berlin stehen zum einen Arbeiten zu Schichtoxiden der allgemeinen Zusammensetzung NaxDyFezMn0.55Ni0.11O2 (D=divalentes Ion (Mg oder Ca). Durch systematische Variation der Zusammensetzung sollen die elektrochemischen Eigenschaften optimiert werden. Die aussichtsreichsten Materialien werden dann im Verbund durch einen Projektpartner hochskaliert. Zum anderen wird mittels Gasanalyse während des Zellbetriebs die Stabilität der Zellen (Halb- und Vollzellen) unter Einsatz verschiedener Elektrolytsysteme (Carbonate, Ether und Glyoxale) untersucht, um so Nebenreaktionen zu detektieren und das Stabilitätsfenster der Zelle zu bestimmen. Darüber hinaus soll der Einfluss von Elektrolytadditiven auf die Zellstabilität untersucht werden.
• Als Teil des Arbeitspakets 2 – Kathodenmaterialien
o Synthese und strukturelle Charakterisierung von Kathodenmaterialien der allgemeinen Zusammensetzung NaxDyFezMn0.55Ni0.11O2 (D=divalentes Ion (Mg oder Ca).
y und z werden dabei in Grenzen von 0< y + z < 0.15 variiert, der Natrium-Gehalt variiert zwischen 0.66 < x < 1.1
o Elektrochemische Charakterisierung der Materialien hinsichtlich Kapazität, Spannungsfenster, Redoxverhalten, Coulomb-Effizienz, Stabilität.
• Als Teil des Arbeitspakets 3 – Elektrolyte
o Untersuchungen zum Einfluss von Elektrolytadditiven wie NaPO2F2 (Natriumdiflu-orophosphat, NaF2O), Na2PO3F (Natriummonofluorophosphat, Na2FO), (CF3CH2O)3P (Tris-(2,2,2-trifluorethyl)-phosphit, TFP) und FEC (Fluorethylencarbo-nat) auf die Kathodenstabilität.
o Elektrochemische Untersuchungen (Lade-/Entladecharakteristik, Ratenfähigkeit, Langzeitstabilität).
o Gasanalytik von Halbzellen und Vollzellen mittels DEMS (differentielle elektrochemi-scher Massenspektrometrie).
Innerhalb des Verbunds verantwortet die HUB gemeinsam mit dem ZSW das Arbeitspaket 2.