Batterien
All-Solid-State Batterie
Aufgrund der Vorteile gegenüber der Lithium-Ionen-Batterie in den Bereichen Sicherheit und Lebensdauer wird in letzter Zeit die Erforschung der Feststoffbatterie vorangetrieben.
Diese All-Solid-State-Batterien arbeiten mit einem Festkörperelektrolyt. Sie besitzen keine separate Membran, vielmehr fungiert der Festkörperelektrolyt als Separator.
- Hervorragende Sicherheitseigenschaften
Da keine Explosions- oder Brandgefahr besteht; das Festkörperelektrolyt kann nicht aufgrund von Temperaturänderungen verdampfen oder über Lecks verloren gehen, die durch Stöße von außen verursacht werden. Eine Volumenvergrößerung findet nicht statt, dadurch kann diese Batterie auch unter extremen äußeren Bedingungen in Bezug auf Hitze und Druck ordnungsgemäß arbeiten. - Hohe Energiedichte
Wenn der organische Elektrolyt durch einen Festkörperelektrolyt ersetzt wird, kann eine bipolare Elektrode hergestellt werden, bei der auf den beiden Seiten eines gängigen Stromsammlers eine positive und eine negative Elektrode kombiniert werden. - Hohe Ausgangsleistung (schnelle Entladung)
Anders als bei flüssigen Elektrolyten ist eine Desolvatisierungsreaktion, bei der Lithium-Ionen aus einem Lösungsmittel abgetrennt werden, nicht erforderlich. Ein hoher Output ist zu erwarten, da der Lade-/Entladevorgang sich als Diffusion der Lithiumionen im Festkörperelektrolyt darstellt. - Einfacher Aufbau
Ein Separator ist nicht erforderlich. Beim Herstellungsprozess wird ein Festkörperelektrolyt im Slurry-Zustand auf das Aktivmaterial der Kathode aufgebracht. Verschiedene Arten von mehrschichtigen Zellen können mit Hilfe eines kontinuierlichen Prozesses ohne Einspritzung eines Flüssigelektrolyts umgesetzt werden.
Die mechanische Vermahlung ist das üblicherweise angewandte Verfahren für die Herstellung von Festkörperelektrolyten. Durch mechanische Vermahlung wird beim Festkörperelektrolyt eine Partikelgröße im Zehntel-μm-Bereich erreicht. Eine zu große Partikelgröße führt bei der Feststoffbatterie zu dicken Elektrolytschichten. Bei zunehmender Stärke der Elektrolytschicht kann die Zellleistung einschließlich der Energiedichte der Zelle abnehmen. Aus diesem Grund ist es wichtig, die Partikelgröße des Festkörperelektrolyts auf wenige μm oder darunter zu reduzieren, um die Dicke der Elektrolytschicht zu minimieren. In diesen Fällen sind Rührwerkskugelmühlen wie die Neos oder Discus die Lösung, um bei der Partikelgröße des Festkörperelektrolyts die gewünschte Partikelgröße zu erreichen.
The top priority in solid electrolyte research is material research. Solid electrolytes can be divided into inorganic solid electrolytes such as sulfide and oxide electrolytes and organic solid electrolytes such as polymers.
The materials are heat-treated and sintered. Sintering is the process of heating the mixed raw material and making it into a thermosetting material. For heat treatment and sintering, it is important to understand the thermal properties of the batteries’ materials.
By doing a thermal analysis of materials, thermal behavior can be identified according to the composition of each material. For example, when the materials reacting with active gases such as O2 and H2, the properties of materials change. To avoid this phenomenon, there is a method of measuring thermal properties with TGA and DSC. The TGA analyzes the changes of mass under the inert gas atmospheres such as N2 and Ar in the Glove box. DSC analyzes the thermal properties of materials by preventing the active gas reaction by sealing with a high-pressure sample pan. In addition, the gas from thermal analysis can also be analyzed by coupling GC-MS or QMS to the TGA or STA. In addition, DIL or TMA can be utilized to evaluate the sintering of the material.