Dr. Florian Strauss: MELLi
Feststoffbatterien haben das Potential für eine breite Anwendung im Bereich tragbarer Elektronik und Elektromobilität. Sie versprechen, leistungsfähiger als heutige Lithium-Ionen-Batterien mit flüssigem Elektrolyt zu sein. Im Projekt "MELLi" werden gezielt Festelektrolyte mit gewünschten Eigenschaften entwickelt, um dadurch leistungsstarke Feststoffbatterien zu ermöglichen.
Lithium-Ionen-Batterien sind derzeit die dominierende Energiespeichertechnologie für tragbare Elektronik und Elektromobilität. Anders als in solchen Lithium-Ionen-Batterien mit flüssigem Elektrolyt, besteht in Feststoffbatterien sowohl der Elektrolyt als auch der Separator aus einem Feststoff, dem sogenannten Festelektrolyten. Durch diesen werden Lithium-Ionen während des Lade-/Entladeprozesses in die eine oder andere Richtung transportiert. Die Leistung der so aufgebauten Feststoffbatterien hängt zum einen von den Materialeigenschaften des Festelektrolyten, zum anderen von dem Zusammenspiel dessen mit den Elektrodenmaterialien ab. Allerdings bedarf es noch erheblicher Forschungsanstrengungen für die kommerzielle Etablierung einer solchen Technologie. Dies bezieht sich sowohl auf die grundlegende Materialentwicklung, als auch auf skalierbare Fertigungsprozesse.
Im Zentrum der geplanten Forschungsaktivitäten von "MELLi" steht die gezielte Entwicklung von neuartigen keramischen Festelektrolyten. Diese Festelektrolyte müssen zum einen den Transport von Lithium-Ionen zwischen der positiven und negativen Elektrode gewährleisten. Zum anderen sollten diese elektrochemisch stabil (also sich während des Batteriebetriebs nicht zersetzen) und mechanisch flexibel sein, um den Kontakt mit den Elektrodenmaterialien aufrechtzuerhalten. Ziel von "MELLi" ist es, diese Materialanforderungen in Kombination zu betrachten und so die zu entwickelnden Festelektrolyte gezielt zu optimieren. Im Fokus stehen dabei die (elektro-)chemischen und mechanischen Materialeigenschaften, wobei auch neuartige, skalierbare Syntheseprozesse entwickelt werden.
Neben der Entwicklung neuartiger Festelektrolyte und deren Implementierung in der Feststoffbatteriefertigung steht die Charakterisierung und das Verständnis der gebildeten Grenzflächen im Vordergrund. An den Kontaktflächen zwischen Festelektrolyt und Elektrodenmaterialien kommt es während des Batteriebetriebs zur Bildung von Grenzschichten. Sie bilden sich in Folge von Nebenreaktionen aus und ihre Zusammensetzung und Struktur wirken sich maßgeblich auf die Batterieleistung und Lebensdauer aus. Im Idealfall hat eine solche Grenzschicht jedoch eine Schutzfunktion und verhindert weitere schädliche Nebenreaktionen an den Grenzflächen. Daher steht ein Verständnis der Grenzflächenbildung und deren Auswirkungen auf die Batterieleistung im Fokus von "MELLi". Die dadurch gewonnenen Erkenntnisse in Bezug auf neu entwickelte Festelektrolyte und deren Verhalten in Feststoffbatterien liefern einen wichtigen Beitrag zur Erforschung und gezielten Verbesserung von Lithium-Feststoffbatterien.
Herr Dr. Florian Strauss studierte Chemie an der Technischen Universität München. Von 2013 bis 2016 promovierte er am National Institute of Chemistry in Slowenien und Collège de France in Paris zum Thema Borat-basierte Insertionsmaterialien für Lithium- und Natrium-Ionen-Batterien. Anschließend forschte er als PostDoc am Battery and Electrochemistry Laboratory (BELLA) des Karlsruher Institutes für Technologie (KIT) auf dem Gebiet der Feststoffbatterien. Von 2020 bis 2022 leitete er dort ein eigenständiges Forschungsprojekt über die Exploration von neuartigen Festelektrolyten, welches durch ein Liebig-Stipendium des Fonds der Chemischen Industrie (FCI) finanziell unterstützt wurde. Seit März 2022 führt er am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) am Institut für Nanotechnologie (INT) die BattFutur-Nachwuchsgruppe "Maßgeschneiderte Elektrolyte für Lithium Feststoffbatterien" ("MELLi").