Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS
Elektrochemische Prozesse und Systeme gelten als Schlüsseltechnologien für eine nachhaltige Produktions- und Energiewirtschaft. Dazu zählen innovative Beschichtungsverfahren sowie elektrochemische Energiespeicher und -wandler. Eine wissensbasierte Entwicklung und Optimierung derartiger Systeme verlangt ein tiefgreifendes Verständnis der ablaufenden Reaktions- und etwaiger Degradationsprozesse. Insbesondere In-situ- und operando-Strukturuntersuchungen mittels Röntgenbeugung (XRD) erlauben, durch die komplementären elektrochemischen und Strukturinformationen, eine detaillierte Aufklärung von Reaktionsmechanismen und resultierenden Prozess-Struktur-Eigenschaftsbeziehungen. Am IKTS werden spezifisch angepasste elektrochemische Zellaufbauten (Bild 1) zur komplementären In-situ- und operando-Strukturuntersuchung entwickelt (Bild 2).
Funktionale Schichten
Die relevanten Eigenschaften elektrolytischer Funktionsschichten werden maßgeblich durch deren Mikrostruktur bestimmt. Am IKTS werden XRD-Untersuchungen zur Aufklärung der mikrostrukturellen Entwicklung während der Herstellung elektrolytischer Funktionsschichten in-situ durchgeführt. Die Messungen erlauben die Bestimmung und Entwicklung von Phasenzusammensetzung und Mikrostrukturparametern wie z. B. Kristallitgröße und Mikrospannungen während der Abscheidung in Abhängigkeit der elektrochemischen Herstellungsbedingungen. Dadurch sind Prozess-Struktur-Eigenschaftsbeziehungen für eine gezielte Optimierung ableitbar.
Energiespeicher
Auch die Entwicklung innovativer elektrochemischer Energiespeicher und -wandler wird am IKTS durch komplementäre operando-Strukturuntersuchungen mittels XRD und Raman-Spektroskopie begleitet. Diese Untersuchungen erlauben ein umfassendes Verständnis zu Mechanismen und Reversibilität struktureller und kompositorischer Veränderungen während des Betriebs. Auf Basis der Erkenntnisse wird die Material- und Designentwicklung von neuartigen Lithium- und Natriumbatterien sowie Hybridsystemen hinsichtlich gesteigerter Leistungsparameter und verbesserter Langzeitstabilität wissensbasiert vorangetrieben.
Leistungs- und Kooperationsangebot
- Entwicklung und Validierung elektrochemischer Zellaufbauten für In-situ- und operando-Strukturuntersuchungen mittels XRD und Raman-Spektroskopie
- Berechnung von Phasen- und Strukturparametern
- Analyse von Prozess-Struktur-Eigenschaftsbeziehungen
