Structural Modification of Interfaces for Sustainable High-Performance Batteries

Lithium-Schwefel-Batterien (LSBs) gelten als besonders vielversprechende und nachhaltige Speichertechnologien, da sie hohe theoretische Energiedichten besitzen und kostengünstige, umweltfreundliche Materialien nutzen. Trotz ihres Potenzials bestehen bei der praktischen Umsetzung große technische Hürden. Diese kumulative Dissertation zeigt, wie strukturelle Grenzflächenmodifikationen helfen, diese Herausforderungen zu überwinden und multifunktionale Batteriekomponenten zu entwickeln.

Ein zentraler Aspekt ist der Einsatz des Nanoscale Sculpturing Verfahrens. Die erzeugte Oberfläche ermöglicht eine mechanische Verzahnung zwischen Stromableiter und aktiver Schicht, erlaubt höhere Beladungsdichten und erleichtert den Einsatz wasserbasierter Kathodensysteme. Darauf aufbauend konnten umweltfreundliche Binder etabliert werden, die trotz vorteilhafter Eigenschaften aufgrund geringer Adhäsionskräfte bislang kaum Beachtung fanden.

Neben der Kathodenentwicklung behandelt die Dissertation die Wechselwirkungen gelöster Schwefelverbindungen mit porösen Silizium-Anoden sowie den Einfluss von Polysulfiden in anodenfreien Batteriesystemen. Die Studien zeigen, wie sich Stabilität und Lebensdauer solcher Systeme verbessern und auf Post-Lithium-Systeme übertragen lassen. Angesichts steigender Anforderungen im Mobilitätsbereich werden durch komponentenspezifische und ganzheitliche Analysen auch Strategien für schnellladefähige LSBs entwickelt. Damit etabliert diese Arbeit die Strukturierung von Grenzflächen als Strategie für nachhaltige Batteriealternativen mit hoher Leistungsfähigkeit, ökologischer Verträglichkeit und geringeren Kosten.