Jahresbericht 2018-2019

Abbildung 1 zeigt beispielhaft Untersuchun- gen zum Phasenverhalten von Elektrodenmateri- alien. Hierbei wurde die Änderung der kristallinen Phasen von Sn während der Sodiierung/Deso- diierung (Lade/Entladeprozess) verfolgt. Die hier- für eingesetzten Elektroden bestanden aus ei- nem Zinn-Kohlenstoff-Verbundmaterial, welches durch Hochenergiekugelmühlen hergestellt wur- de und eine besonders hohe Natriumspeicherfä- higkeit in Kombination mit einer hohen Wieder- aufladbarkeit zeigte. In einem anderen Projekt wurde das Phasenverhalten der Indium-Lithium- Elektrode untersucht. Diese Elektrode dient im Bereich der Forschung zu Feststoffbatterien oft als Referenz– und Gegenelektrode. Bisher waren das Phasenverhalten und die Redoxpotentiale aber nur schlecht verstanden. [1] Nayak, P., Yang, L., Brehm, W., Adelhelm, P. (2018): From lithium- ion to sodium-ion batteries: Advantages, Challenges, and Surprises. Angew. Chem. Int. Ed. DOI: 10.1002/anie.201703772 (hot paper) [2] Palaniselvam, T., Goktas, M., Anothumakkool, B., Sun, AN., Schmuch, R., Zhao L., Han, BH., Winter, M., Adelhelm, P. (2019): Sodium Storage and Electrode Dynamics of Tin–Carbon Composite Electrodes from Bulk Precursors for Sodium‐Ion Batteries. Adv. Functional. Mater. DOI: 1010.1002/adfm.201900790. [3] Medenbach L., Escher, I., Köwitsch, N., Armbrüster, M., Zedler, L., Dietzek, B., Adelhelm, P. (2018): Sulfur Spillover on Carbon Materials and Possible Impacts on Metal–Sulfur Batteries Angew. Chem. In. Ed. DOI: 10.1002/anie.201807295 [4] Santosha, A.L., Adelhelm, P. (2019): The Indium−Lithium Electrode in Solid‐State Lithium‐Ion Batteries: Phase Formation, Redox Potentials, and Interface Stability. Batteries&Supercaps. DOI: 10.1002/201800149 In situ Analytik — Beobachtung der Dynamik von Elektrodenreaktionen mittels Dilatometrie Abb. 2. Lade-Entladekurve eines Mn-reichen Schichtoxides für die Speicherung von Lithium (Li 1.17 Ni 0.20 Mn 0.53 Co 0.10 O 2 ). Gezeigt ist der erste Zyk- lus, welcher mit einer Aktivierung der Elektrode ein- hergeht. Die Aktivierung lässt sich mittels in situ Dilatometrie verfolgen. Abb. 1. Phasenverhalten von Sn während der Sodiierung in einer elektrochemischen Zelle. Bei den Untersuchungen konnte ein bisher unbekannter „Memory“-Effekt nachgewiesen werden. Die Speicherung von Lithium oder Natrium in Elektroden geht mit Volumenänderungen einher, d.h. die Dicke der Elektrode ändert sich während dem Laden und Entladen einer Batterie. Diese Änderung kann mittels in situ Dilatometrie beo- bachtet werden. Im Berichtszeitraum setzte die AG Adelhelm die Methode für eine ganze Reihe von Elektrodenreaktionen ein. In Abbildung 2 sind Messungen für ein Mn-reiches Elektroden- material gezeigt. Im ersten Lade-/Entladezyklus reduziert sich die Dicke der Elektrode, was mit einer Phasenumwandlung erklärt werden kann. Besonders gut lässt sich auch die Interkalation von Graphiten verfolgen. Obwohl Graphit schon lange bekannt ist, werden hier überraschender- weise immer noch neue Reaktionen entdeckt. [5] Nayak, PK., Yang, L., Pollok, K., Langenhorst, F., Aurbach, D., Adelhelm P. (2019): Investigation of Li 1.17 Ni 0.20 Mn 0.53 Co 0.10 O 2 as an Interesting Li‐ and Mn‐Rich Layered Oxide Cathode Material through Electrochemistry, Microscopy, and In Situ Electrochemical Dilatometry. ChemElectroChem, DOI: 10.1002/celc.201900453 [6] Li, Y., Lu, Y., Adelhelm, P., Titirci, MM., Hu, YS. (2019): Intercalation chemistry of graphite: alkali metal ions and beyond Chem Soc. Rev. DOI: 10.1039/C9CS00162J FORSCHUNG — 81