Amorphe Kohlenstoffschichten für langlebigere Batterien

Die Nachfrage nach leistungsfähigeren und leichteren Batteriesystemen wächst. Besonders für die Elektromobilität, die Luft- und Raumfahrt sowie stationäre Energiespeicher sind Batterien mit hoher Energiedichte und langer Lebensdauer gefragt. Das Fraunhofer-Institut für Schicht- und Oberflächentechnik IST erforscht deshalb gemeinsam mit dem Fraunhofer USA Center Midwest (CMW) neue Ansätze, um die Leistungsfähigkeit und Lebensdauer zukünftiger Batteriesysteme zu verbessern. Ein vielversprechender Ansatz sind Lithium-Metall-Anoden, bei denen das Lithium selbst als aktives Anodenmaterial dient und aufgrund seiner hohen spezifischen Kapazität Batteriezellen mit potenziell höherer Energiedichte ermöglicht. Im Forschungsprojekt »LIMAC – Amorphous Carbon Interlayers for Reliable Lithium-Metal Battery Cells« kommen dafür dünne amorphe Kohlenstoff-Zwischenschichten zum Einsatz.

Laser-Arc-PVD erzeugt Kohlenstoff-Zwischenschichten

Im Mittelpunkt steht die Frage, ob die Kohlenstoffschichten die Grenzfläche zwischen Lithium-Metall-Anode und (Fest-)Elektrolyt stabilisieren und dadurch zu zuverlässigeren und langlebigeren Batteriezellen beitragen können. Dafür sollen dünne amorphe Kohlenstoffschichten entwickelt und mithilfe eines Laser-Arc-PVD-Verfahrens auf Kupfer-Stromableitern abgeschieden werden. Anschließend werden die beschichteten Materialien in Batteriezellen erprobt und mit Referenzzellen verglichen. Neben der technischen Leistungsfähigkeit betrachtet das Projekt auch die ökologische Perspektive und die spätere Übertragbarkeit auf größere Zellformate. Mithilfe einer Ökobilanz sollen relevante Stoff- und Energieflüsse sowie Umweltwirkungen untersucht und gleichzeitig ein Konzept für die Übertragung der Technologie auf größere Pouchzellen entwickelt werden.