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DFG project G:(GEPRIS)441255373
Design polymerbasierter organischer Dünnschicht-Batterien hin zu IoT Anwendungen.
| Coordinator | Privatdozent Dr. Gunther Brunklaus ; Professor Dr. Rüdiger-A. Eichel ; Professor Dr. Andreas Heuer |
| Grant period | 2020 - |
| Funding body | Deutsche Forschungsgemeinschaft |
| DFG | |
| Identifier | G:(GEPRIS)441255373 |
⇧ SPP 2248: Polymer-basierte Batterien ⇧
Note: Internet der Dinge (IoT) Geräte erfordern eine Miniaturisierung, welche auch die Batterien betrifft, jedoch lassen sich die Anforderungen an die Leistung zur Datenübertragung nicht beliebig reduzieren. Somit werden Batterien benötigt, welche gepulst sehr hohe Stromdichten liefern können. Gleichzeitig müssen die Batterien eine lange Lebensdauer aufweisen, sicher betrieben werden können, günstig sein und Umweltfreundlich hergestellt und entsorgt werden können. Organische Radikalpolymere erfüllen prinzipiell diese Anforderungen. Die benötigten hohen Stromdichten und gute Zyklenfestigkeit erfordern jedoch weitere Materialanpassungen. Um dies gezielt wissensbasiert zu ermöglichen, ist es notwendig, die Elektronentransportprozesse zu verstehen, welche direkt für die Stromdichte und indirekt für Alterungsprozesse verantwortlich sind. Die Ziele dieses Projekts beinhalten die Optimierung von mehrlagigen organischen Polymerbatterien, welche mit Lithium-Metall als Anode betrieben werden, um höhere Leistungsdichten während kurzen Lade- und Entladepulsen zu ermöglichen. Um die Elektronen- und Ionentransportprozesse zu verstehen, wird ein holistischer Ansatz aus Materialsynthese, theoretischer Modellierung und spektro-elektrochemischer Untersuchungen eingesetzt, welcher spezifisch für Polymersysteme entwickelt wurde. So werden angepasste Elektronenspinresonanz-Experimente eingesetzt, inklusive in operando Messungen, um strukturelle Verteilungen der Radikalgruppen sowie deren Wechselwirkung mit anderen Materialkomponenten als Funktion des Ladungszustands der Batterie zu untersuchen. Beziehungen zwischen Zellkapazität und Alterungszustand der Batterie sowie zwischen Ladungszustand und Elektronenmobilität werden untersucht, um die Zellchemie zu verbessern. Mittels moleküldynamischer (MD) Simulationen werden Ionendiffusivität und Leitfähigkeit abgeschätzt und mit weiteren spektroskopischen Methoden wie der Kernmagnetresonanz (NMR) und der elektrochemischen Impedanzspektroskopie verglichen. MD-Strukturen werden dabei direkt genutzt, um spektroskopische Observable mittels quantenchemischer Simulationen zu berechnen. Damit werden gezielt Materialien mit verbesserten Elektronentransporteigenschaften ermöglicht. Schliesslich soll das Wissen genutzt werden, um einen Prototypen einer vollorganischen Radikalbatterie herzustellen.
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Talk (non-conference) (Invited)
Pulse EPR in battery research
Electron paramagnetic Resonance-On-a-Chip, 2nd International Workshop, EPRoC, RWTH AachenBerlin, RWTH Aachen, Germany, 10 Oct 2023 - 13 Oct 2023
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Conference Presentation (Invited)
NMR and EPR of battery cells and components
23rd CEUM Central and Eastern European NMR Symposium and Bruker Users Meeting, RWTH AachenPrague, RWTH Aachen, Czech Republic, 13 Sep 2023 - 15 Sep 2023
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Journal Article
Laplace inverted pulsed EPR relaxation to study contact between active material and carbon black in Li-organic battery cathodes
Physical chemistry, chemical physics 25(18), 12767-12776 (2023) [10.1039/D3CP00378G]
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Conference Presentation (Other)
Insight into doping mechanisms of polymer electrolyte / redox-active organic radical polymer lamellar composites
Polymer-Based Batteries Conference, Friedrich-Schiller-Universität JenaJena, Friedrich-Schiller-Universität Jena, Germany, 5 Jul 2022 - 6 Jul 2022
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Poster (After Call)
Laplace inverted pulsed EPR relaxation to study polymer electrode/conductive carbon contact in lithium-ion battery
European Magnetic Resonance Meeting 2022, EUROMAR 2022, Utrecht UniversityUtrecht, Utrecht University, Netherlands, 10 Jul 2022 - 14 Jul 2022
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Conference Presentation (After Call)
EPR spectroscopic investigation of Lithium-organic batteries
43rd FGMR Annual Discussion Meeting, FGMR 2022, KIT - Karlsruher Institut für TechnologieKarlsruhe, KIT - Karlsruher Institut für Technologie, Germany, 12 Sep 2022 - 15 Sep 2022
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