Entwicklung von Elektrolytsystemen

Die Elektrolytentwicklung für Lithium-Ionen-Batterien (LIB) zielt auf die Erhöhung der Sicherheit bei gleichzeitigem Erhalt bzw. Erhöhung der Leistungs- und Energiedichte ab. Etablierte Elektrolytsysteme in LIB enthalten in der Regel leicht flüchtige und damit brennbare organische Lösungsmittel sowie Komponenten, die bei Kontakt mit Wasser Verätzungen hervorrufen. Zur Erhöhung der Energiedichte werden höhere Zellspannungen angestrebt. Die elektrochemische Stabilität von Standardelektrolytsystemen ist für Zellspannungen über 4,5 V jedoch nicht ausreichend.

Unser Ansatz:

  • Ersatz der leicht flüchtigen organischen Lösungsmittel durch Ionic Liquids (IL).
  • Einfluss von aktiven anorgansichen Füllstoffen auf die Sicherheit und die Elektrolytperformance.
  • Umfassende Kenntnis des physikalischen und (elektro-)chemischen Verhaltens und deren Modellierung.
  • Verwendung von ionenleitenden Polymeren als Elektrolytmatrix.
  • Gezielte Auswahl von Additiven hinsichtlich der Elektrolyt- und Zellchemie.

 

Schwerpunkt der Arbeiten ist die gezielte Entwicklung geeigneter Elektrolyte für Hochenergie-Lithium-Ionen-Batterien. Wichtige Materialeigenschaften unter Beachtung des Wassergehaltes und der Temperatur werden systematisch erforscht.

  • Rheologische Eigenschaften mittels Rotationsviskosimetrie unter Schutzgas
  • Elektrochemische Impedanzspektroskopie (EIS, Frequenzbereich 10-1– 4·106 Hz)
  • Elektrochemische Stabilität über Cyclovoltammetrie
  • Grenzflächenanalytik
  • Thermisches Zersetzungsverhaltung über Dynamische Differenzkalorimetrie (DSC)
  • Benetzungsverhalten auf Elektrodenmaterialien über Tropfenkonturanalyse
  • Dichte und Dichteänderung von Elektrolytmischungen (Biegeschwingermethode)
  • Gaschromatographie der flüssigen und gasförmigen Komponenten

 

Fragen zu diesem Thema richten Sie bitte an Herrn Dr. Andreas Hofmann.

 

Dissertationen


Sichere Elektrolytsysteme für Lithium-Ionen-Batterien. Dissertation
Wang, Z.
2023, April 20. Albert-Ludwigs-Universität Freiburg. doi:10.6094/UNIFR/235604
Neue Polymerelektrolyte für Lithium-Ionen-Batterien auf Basis von polymerisierten ionischen Flüssigkeiten. Dissertation
Löwe, R.
2022. Albert-Ludwigs-Universität Freiburg. doi:10.6094/UNIFR/226597

Publikationsliste


2025
Exploring the possibility of aluminum plating/stripping from a non‐corrosive Al(OTf)3‐based electrolyte
Talari, M.; Sarapulova, A.; Zemlyanushin, E.; Sabi, N.; Hofmann, A.; Trouillet, V.; Dsoke, S.
2025. Batteries & Supercaps, 8 (1), Art.-Nr.: 202400317. doi:10.1002/batt.202400317
2024
Studies on 3D printing of Na3Zr2Si2PO12 ceramic solid electrolyte through Fused Filament Fabrication
Kutlu, A. C.; Nötzel, D.; Hofmann, A.; Ziebert, C.; Seifert, H. J.; Mohsin, I. U.
2024. Electrochimica Acta, 503, Art.-Nr.: 144881. doi:10.1016/j.electacta.2024.144881
Exploring the reactivity of Na₃V₂(PO4)₃/C and hard carbon electrodes in sodium-ion batteries at various charge states
Mohsin, I. U.; Hofmann, A.; Ziebert, C.
2024. Electrochimica Acta, 487, Article no: 144197. doi:10.1016/j.electacta.2024.144197
Investigating the Reduction of Fluoroethylene Carbonate and Vinylene Carbonate in Lithium‐Ion Cells with Silicon‐Graphite Anodes
Stockhausen, R.; Gehrlein, L.; Bergfeldt, T.; Hofmann, A.; Müller, F. J.; Maibach, J.; Hofmann, K.; Gordon, R.; Smith, A.
2024. Batteries & Supercaps. doi:10.1002/batt.202400499
Enabling Long‐term Cycling Stability of Na₃V₂(PO₄)₃ /C vs . Hard Carbon Full‐cells
Stüble, P.; Müller, C.; Klemens, J.; Scharfer, P.; Schabel, W.; Häringer, M.; Binder, J. R.; Hofmann, A.; Smith, A.
2024. Batteries and Supercaps, 7 (2), Art.-Nr. e202300375. doi:10.1002/batt.202300375
2023
Fundamental Understanding and Quantification of Capacity Losses Involving the Negative Electrode in Sodium‐Ion Batteries
Ma, L. A.; Buckel, A.; Hofmann, A.; Nyholm, L.; Younesi, R.
2023. Advanced Science, Art.-Nr.2306771. doi:10.1002/advs.202306771
Deciphering Electrolyte Degradation in Sodium-Based Batteries: The Role of Conductive Salt Source, Additives, and Storage Condition
Hashimov, M.; Hofmann, A.
2023. Batteries, 9 (11), Art.-Nr. 530. doi:10.3390/batteries9110530
Influences on Reliable Capacity Measurements of Hard Carbon in Highly Loaded Electrodes
Müller, C.; Wang, Z.; Hofmann, A.; Stueble, P.; Liu-Théato, X.; Klemens, J.; Smith, A.
2023. Batteries & Supercaps, 6 (11), Art.Nr.: e202300322. doi:10.1002/batt.202300322
Unraveling Propylene Oxide Formation in Alkali Metal Batteries
Stottmeister, D.; Wildersinn, L.; Maibach, J.; Hofmann, A.; Jeschull, F.; Groß, A.
2023. ChemSusChem, 17 (3), Art.Nr.: e202300995. doi:10.1002/cssc.202300995
Potential and Limitations of Research Battery Cell Types for Electrochemical Data Acquisition
Smith, A.; Stueble, P.; Leuthner, L.; Hofmann, A.; Jeschull, F.; Mereacre, L.
2023. Batteries & Supercaps, 6 (6), e202300080. doi:10.1002/batt.202300080
2022
Investigating the dominant decomposition mechanisms in lithium-ion battery cells responsible for capacity loss in different stages of electrochemical aging
Stockhausen, R.; Gehrlein, L.; Müller, M.; Bergfeldt, T.; Hofmann, A.; Müller, F. J.; Maibach, J.; Ehrenberg, H.; Smith, A.
2022. Journal of Power Sources, 543, Article no: 231842. doi:10.1016/j.jpowsour.2022.231842
Dataset of propylene carbonate based liquid electrolyte mixtures for sodium-ion cells
Hofmann, A.; Wang, Z.; Bautista, S. P.; Weil, M.; Müller, F.; Löwe, R.; Schneider, L.; Mohsin, I. U.; Hanemann, T.
2022. Data in Brief, 40, Article no: 107775. doi:10.1016/j.dib.2021.107775
2021
Quantifying Absolute Amounts of Electrolyte Components in Lithium-Ion Cells Using HPLC
Stockhausen, R.; Hofmann, A.; Gehrlein, L.; Bergfeldt, T.; Müller, M.; Ehrenberg, H.; Smith, A.
2021. Journal of the Electrochemical Society, 168 (8), Article: 080504. doi:10.1149/1945-7111/ac1894
Poly(ionic liquid) Based Composite Electrolytes for Lithium Ion Batteries
Löwe, R.; Hanemann, T.; Zinkevich, T.; Hofmann, A.
2021. Polymers, 13 (24), Article no: 4469. doi:10.3390/polym13244469
Comprehensive characterization of propylene carbonate based liquid electrolyte mixtures for sodium-ion cells
Hofmann, A.; Wang, Z.; Bautista, S. P.; Weil, M.; Müller, F.; Löwe, R.; Schneider, L.; Mohsin, I. U.; Hanemann, T.
2021. Electrochimica acta, 403, Art.Nr.: 139670. doi:10.1016/j.electacta.2021.139670
Structure-Property Relation of Trimethyl Ammonium Ionic Liquids for Battery Applications
Rauber, D.; Hofmann, A.; Philippi, F.; Kay, C. W. M.; Zinkevich, T.; Hanemann, T.; Hempelmann, R.
2021. Applied Sciences, 11 (12), 5679. doi:10.3390/app11125679
Structure–Property Relationship of Polymerized Ionic Liquids for Solid-State Electrolyte Membranes
Löwe, R.; Hanemann, T.; Zinkevich, T.; Hofmann, A.
2021. Polymers, 13 (5), 792. doi:10.3390/polym13050792
2015
Investigation of the oxidative stability of Li-ion battery electrolytes using cathode materials
Hofmann, A.; Werth, F.; Höweling, A.; Hanemann, T.
2015. ECS electrochemistry letters, 4 (12), A141-A144. doi:10.1149/2.0071512eel
2014
Ionic liquid based electrolytes : correlating Li diffusion coefficients and battery performance
Indris, S.; Heinzmann, R.; Schulz, M.; Hofmann, A.
2014. Journal of the Electrochemical Society, 161 (14), A2036-A2041. doi:10.1149/2.0131414jes
Anodic aluminum dissolution in conducting salt containing electrolytes for lithium-ion batteries
Hofmann, A.; Schulz, M.; Winkler, V.; Hanemann, T.
2014. Journal of the Electrochemical Society, 161 (3), A431-A438. doi:10.1149/2.094403jes
Anodic aluminum dissolution of LiTFSA containing electrolytes for Li-ion-batteries
Hofmann, A.; Merklein, L.; Schulz, M.; Hanemann, T.
2014. Electrochimica acta, 116, 388–395. doi:10.1016/j.electacta.2013.11.085
2013
Effect of Conducting Salts in Ionic Liquid based Electrolytes: Viscosity, Conductivity, and Li-Ion Cell Studies
Hofmann, A.; Schulz, M.; Hanemann, T.
2013. International journal of electrochemical science, 8 (8), 10170–10189
Gel electrolytes based on ionic liquids for advanced lithium polymer batteries
Hofmann, A.; Schulz, M.; Hanemann, T.
2013. Electrochimica Acta, 89, 823–831. doi:10.1016/j.electacta.2012.10.144
Suppressed lithiumm dendrite growth in lithium batteries using ionic liquid electrolytes: Investigation by electrochemical impedance spectroscopy, scanning electron microscopy, and in situ ⁷Li nuclear magnetic resonance spectroscopy
Schweikert, N.; Hofmann, A.; Schulz, M.; Scheuermann, M.; Boles, S. T.; Hanemann, T.; Hahn, H.; Indris, S.
2013. Journal of Power Sources, 228, 237–243. doi:10.1016/j.jpowsour.2012.11.124