Dr. Maja W. Kandula: MoNoPoLi
Den Binder in Lithium-Ionen-Batterien in den Fokus zu stellen, ist das Ziel des Projektes "MoNoPoLi". Diese zumeist vernachlässigte Komponente der Energiespeicher bestimmt die Leistungsfähigkeit und Lebensdauer einer Batterie und soll hinsichtlich ihrer Eigenschaften und Nachhaltigkeit weiterentwickelt werden.
Lithium-Ionen-Batterien sind aus unserem Alltag nicht mehr wegzudenken. Immer herausfordernder werden die Anforderungen an diese Energiespeichersysteme in unterschiedlichsten Anwendungen, sei es in mobilen Geräten, der Elektrifizierung von Fahrzeugen oder im Medizinsektor. Die Zusammensetzung und Prozessierung einer Lithium-Ionen-Batterie ist komplex und vielfältig. Eine einfache Batteriezelle besteht bereits aus mindestens fünfzehn Komponenten. Dabei ist der Binder, als sogenannte Inaktivkomponente, lange Zeit in seiner Weiterentwicklung vernachlässigt worden.
Die Nachwuchsgruppe "MoNoPoLi" untersucht die Funktionsweise von Bindermaterialien in der Batterieherstellung über mehrere Skalen hinweg. So kann diese besser verstanden und entsprechend weiterentwickelt werden – für eine nachhaltige und ressourceneffiziente Technologie. Das Ziel des Projektes ist es, nachhaltige Materialien für die Batterieprozessierung im Hinblick auf eine ganzheitliche Kreislaufwirtschaft zu entwickeln und zu verbessern. Heute bekannte und eingesetzte Bindermaterialien sind nicht für Nachhaltigkeit, Recycling oder ökologische Verträglichkeit ausgelegt. Daher wird dieses Projekt sowohl neuartige Binder, als auch bestehende Polymerkomponenten näher auf ihre Funktionalitäten hin untersuchen. Es werden fundamental neue Betrachtungsansätze evaluiert.
Bessere Binder für eine nachhaltige Energiespeichertechnologie
Binder bilden das Bindeglied zwischen Aktivmaterialien und dem Stromsammler und kreieren so eine eigene Elektrodenbeschichtungsstruktur. Dies macht sie zur Flaschenhals-Technologie auf dem Weg zur leistungsfähigen Hochenergie-Batterie. Das Portfolio der Aufgaben eines Batteriebinders sind Adhäsion (Haftung) zum Aktivmaterial, Adhäsion zum Stromsammler, Flexibilität, Inertheit gegenüber den thermischen Belastungen, Beständigkeit gegenüber dem Elektrolyten, eine lange Lebensdauer, ionische Leitfähigkeit. Diese Aufgaben erweitern sich zunehmend mit neu eingesetzten Materialien.
Ausschlaggebende Forschungsfragen innerhalb der Nachwuchsgruppe "MoNoPoLi" sind hier die chemische Struktur der Binder, die strukturbedingten Wechselwirkungen zwischen den Binderpolymeren und den weiteren Batteriekomponenten, das physikalische Verhalten, die prozessbedingten Einflüsse in der Herstellung und die Veränderung im Betrieb, sowie die Identifizierung der Auswirkungen auf die Zelle. Dabei stehen die chemischen, physikalischen und elektrochemischen Reaktionen im Vordergrund der interdisziplinären Gruppe.
Frau Dr. rer. nat. Maja W. Kandula studierte Chemie (Diplom) mit der Vertiefungsrichtung Makromolekulare Chemie an der Technischen Universität Braunschweig. Die Promotion zum Thema Klebstoffe aus nachwachsenden Rohstoffen absolvierte sie im Fraunhofer-Institut für Holzforschung. Seit 2016 führte ihr Weg wieder zurück zur Universität in den Maschinenbau, wo sie sich als PostDoc mit biobasierten Bindern in der Batterieherstellung beschäftigte. Von 2018 an leitet sie die Abteilung Faserverbunde & Elektromobilität, einem interdisziplinären Team am Institut für Füge- und Schweißtechnik. Der Fokus dieser Abteilung liegt in der Konfektionierung, Kontaktierung und Binderentwicklung von Lithium-Ionen-Batterien. Seit Februar 2022 leitet sie nun die BattFutur-Nachwuchsgruppe "MoNoPoLi", die die Untersuchung nachhaltiger Bindersysteme zum Ziel hat.