Interfaces and Interphases in Rechargeable Li Based Batteries: Cathode/Solid Electrolyte - Impedanzanalyse und Tomographie

Am KIT, IAM-ET werden die bei den Partnern entwickelten Festelektrolyte und Kathode/Festelektrolyt-Grenzflächen mit elektrochemischer Impedanzspektroskopie und tomografischen Verfahren analysiert. Durch die experimentellen Untersuchungen an den im Projekt hergestellten Proben wird der Zusammenhang zwischen Prozessierung, Mikrostruktur und elektrochemischen Eigenschaften aufgeklärt. Die Ergebnisse fließen in die Entwicklung der Materialien und Grenzflächen bei den Partnern ein und unterstützen die Modellierung und Modellvalidierung.

Am IAM-ET erfolgt die elektrochemische Analyse der Grenzflächen sowie eine Korrelation von Mikrostruktur und elektrischen Eigenschaften. Zur Quantifizierung der Widerstandsbeiträge von Körnern, Korngrenzen und Zweitphasen werden Impedanzspektren im Frequenzbereich von 100 Hz bis 3 GHz aufgenommen und anschließend über die Verteilungsfunktion der Relaxationszeiten ausgewertet. In AP 2 „Kathoden / Elektrolyt Grenzfläche“ werden planare Modellstrukturen und 3D-strukturierte Kathoden/Festelektrolyt-Grenzflächen elektro­chemisch und mikrostrukturell charakterisiert. Hierzu werden Zellen mit niederohmiger Gegenelektrode aufgebaut und elektrochemisch mittels Impedanzspektroskopie charakterisiert. Zur Auswertung der Impedanzmessungen wird die Verteilung der Relaxationszeiten aus den Spektren berechnet und auf Basis der Temperatur- und SoC-Abhängigkeit der Prozesse ein entsprechendes, an den jeweiligen Zell- bzw. Elektrodentyp anzupassendes Ersatzschaltbildmodell abgeleitet. Unter Berücksichtigung mikrostruktureller Parameter, die aus 3D-Rekonstruktionen der Elektroden (FIB-SEM, µCT) gewonnen werden, können quantitative Informationen zu den Verlustprozessen in der Kathode gewonnen werden. Die experimentellen Ergebnisse werden laufend an die Partner weitergegeben und fließen dort in die Modell-, Material- und Prozessentwicklung ein.