Dr. Felix Richter: FLiPS

Die Entwicklung effizienter Feststoffbatterien leistet einen großen Beitrag zur Speicherung erneuerbarer Energien. Eine entscheidende Rolle spielt dabei das Zusammenspiel verschiedener Materialklassen. Das Projekt FLiPS entwickelt neue polymere Schutzschichten für Feststoffbatterien, welche in der Elektromobilität zum Einsatz kommen können.

Leistungsfähige Batterien durch polymere Schutzschichten

Der Einsatz von Feststoffbatterien in der Elektromobilität wird von vielen Faktoren beeinflusst. Die Größe der Batterien spielt hierbei eine entscheidende Rolle. Um möglichst viel Energie auf kleinstem Raum speichern zu können, werden zwei sehr reaktive Materialien auf engsten Raum zusammengepackt, ohne dass diese sich gegenseitig berühren. Der direkte Kontakt der Aktivmaterialien muss konsequent und dauerhaft verhindert werden, um den Ladevorgang der Batterie zu gewähren. Realisieren lässt sich dies durch eine sogenannte Separatorschicht, welche in der Regel dünner als ein Blatt Papier ist.

Anders als in Lithiumionenbatterien mit flüssigem Elektrolyt besteht in Feststoffbatterien der Separator aus einem Feststoff, einem sogenannten Festelektrolyten. Dieser vermag es, auf der einen Seite Lithiumionen aus einem Aktivmaterial aufzunehmen und gleichzeitig auf der anderen Seite Lithiumionen an ein anderes Aktivmaterial abzugeben. Damit können Lithiumionen beim Laden der Zelle in eine Richtung transportiert werden. Im Zuge des Entlade-Prozesses wandern sie selbstständig zurück. Die dabei über den Stromkreis beförderten Elektronen vermögen einen elektrischen Verbraucher anzutreiben.

Feststoffbatterien versprechen leistungsfähiger zu sein, als heutige Lithiumionenbatterien. Aufgrund der hohen Reaktivität der Materialien verschlechtert sich die Leistung der Batterie mit der Zeit.

Die von Dr. Felix Richter geleitete Nachwuchsgruppe „FLiPs“ beschäftigt sich mit dieser Problematik. Durch die Verwendung von polymeren Schutzschichten zwischen dem Festelektrolyten und den Aktivmaterialien sollen deren Kontaktflächen stabilisiert werden. Auch ein interner Kurzschluss der Batterie soll durch diese Methode verhindert werden. Auf diese Weise werden Feststoffbatterien entwickelt, die auch anspruchsvolle Anwendungen wie die Elektromobilität zulassen.

Nachwuchsgruppenleiter Dr. Felix Richter

Herr Dr. Felix Richter promovierte im Jahr 2013 an der Ruhr-Universität Bochum zum Thema Mesoporöse Polymere als Katalysatoren für die Umwandlung von Biomasse. Die Forschungsarbeiten dazu führte er am Max-Planck-Institut für Kohlenforschung in Mülheim an der Ruhr durch. Während seines anschließenden PostDoc-Aufenthalts an der University of St. Andrews (UK) erhielt er ein Forschungsstipendium der Deutschen Forschungsgemeinschaft, um Hybridelektrolyte für Festkörperbatterien an der University of Oxford (UK) zu entwickeln. Im Februar 2017 wechselte er an die Justus-Liebig-Universität Gießen, wo er Nachwuchsgruppenleiter wurde. Seine Forschung zielt auf die Entwicklung von Hybridelektrolyten für Festkörperbatterien und auf das Verständnis des Ionentransports in hybriden Materialien ab.