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Wiedemann, Kim:
Development of Interlayers via Powder Aerosol Deposition to Improve Anode/Electrolyte Interfaces of All-Solid-State Sodium-Ion Batteries.
Bayreuth
,
2025
(Masterarbeit,
2025, Universität Bayreuth / Lehrstuhl Funktionsmaterialien)
Abstract
Festkörperbatterien gelten als vielversprechende Energiespeicher der nächsten Generation, da sie den direkten Einsatz hochkapazitiver metallischer Anoden wie Natrium ermöglichen und zugleich auf brennbare Flüssigelektrolyte verzichten. Natrium-Ionen-Festkörperbatterien bieten zusätzlich Kostenvorteile sowie höhere Verfügbarkeit von Rohstoffen im Vergleich zu Lithium-Ionen-Batterien. Der NaSICON-Typ Festelektrolyt Na3Zr2Si2PO12 (NZSP) zeichnet sich durch seine hohe ionische Leitfähigkeit bei Raumtemperatur aus, weist jedoch Grenzflächenherausforderungen mit Natriumanoden auf, welche praktische Anwendungen einschränken. In dieser Arbeit wurde der Einsatz keramischer Zwischenschichten (engl. Interlayer) untersucht, um diese Na|NZSP-Grenzfläche zu stabilisieren. Es wurden die Materialien TiO2 (Rutil) und CuO verwendet, die mittels der aerosolbasierten Kaltabscheidung (engl. Powder Aerosol Deposition, PAD) als dichte, gut haftende Zwischenschicht auf NZSP-Substrate aufgebracht wurden, mit Schichtdicken im Nanometerbereich. Die elektrochemische Charakterisierung zeigte, dass Rutil-Zwischenschichten den Grenzflächenwiderstand zwar reduzierten, jedoch durch hohen Ladungstransferwiderstand und Instabilitäten während des Zyklierens keine Verbesserung der Eigenschaften der Na|NZSP-Grenzfläche ermöglichte. Überspannungen oberhalb des Spannungssicherheitslimits deuten auf Kontaktverluste hin, vermutlich infolge Veränderungen der Kristallmorphologie der in situ gebildeten NaxTiO2-Interphase. Im Gegensatz dazu führten CuO-Zwischenschichten zu deutlich niedrigeren Grenzflächenwiderständen und höheren kritischen Stromdichten. Beides konnte nach thermischer Nachbehandlung der CuO-Zwischenschichten weiter gesteigert werden. Diese Effekte werden der Bildung einer porösen, ionisch und elektrisch leitfähigen Cu/Na2O-Interphase zugeschrieben, die ein stabiles Na-Stripping und -Plating ermöglicht und darüber hinaus auch die Stabilität des Langzeitzyklierens verbesserte. Die Ergebnisse verdeutlichen, dass geeignete Zwischenschichtmaterialien entscheidend für die Verbesserung der Na|NZSP-Grenzflächenstabilität sind. Besonders CuO zeigt dabei großes Potential für die Realisierung von Natrium-Festkörperbatterien basierend auf einem NZSP-Festelektrolyten. Die aerosolbasierte Kaltabscheidung erwies sich zudem als vielversprechende Methode zur Abscheidung von Zwischenschichtmaterialien auf Festkörperelektrolyt-oberflächen. Sie zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass weder Binder noch Lösungsmittel benötigt werden und der Prozess bei Raumtemperatur abläuft, was Vorteile gegenüber gängigen Abscheidetechniken bietet.
Weitere Angaben
| Publikationsform: | Master-, Magister-, Diplom- oder Zulassungsarbeit (Masterarbeit) |
|---|---|
| Institutionen der Universität: | Fakultäten > Fakultät für Ingenieurwissenschaften Fakultäten > Fakultät für Ingenieurwissenschaften > Lehrstuhl Funktionsmaterialien > Lehrstuhl Funktionsmaterialien - Univ.-Prof. Dr.-Ing. Ralf Moos Profilfelder > Advanced Fields > Neue Materialien Forschungseinrichtungen > Zentrale wissenschaftliche Einrichtungen > Bayreuther Materialzentrum - BayMAT Forschungseinrichtungen > Zentrale wissenschaftliche Einrichtungen > Bayerisches Zentrum für Batterietechnik - BayBatt |
| Titel an der UBT entstanden: | Ja |
| Themengebiete aus DDC: | 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 620 Ingenieurwissenschaften |
| Eingestellt am: | 25 Sep 2025 07:14 |
| Letzte Änderung: | 25 Sep 2025 07:14 |
| URI: | https://eref.uni-bayreuth.de/id/eprint/94785 |