Alkalimetall-Ionen-Batterien

Sekundärbatterien (Akkumulatoren) sind elektrochemische Energiespeicher, die Ladung durch elektrochemische (Redox-)Reaktionen speichern und wieder abgeben. Insbesondere Lithium-Ionen Akkumulatoren (kurz LIBs von engl. lithium-ion batteries) sind aus dem modernen Leben nicht mehr wegzudenken und treiben alles an, von kleinen elektronischen Geräten bis hin zu Elektrofahrzeugen (EVs). Sie bestehen im Wesentlichen aus drei Hauptkomponenten: einer Kathode, einer Anode und einem Elektrolyt. Der Elektrolyt, der oft als „Blutkreislauf“ einer Batterie bezeichnet wird, spielt eine zentrale Rolle beim Transport der Ionen zwischen den Elektroden und hat einen großen Einfluss auf die Leistung, Sicherheit und Lebensdauer der Batterie. 

Unser Interesse gilt der detailierten Erforschung des komplexen Zusammenspiels von Salzen, Lösungsmitteln und Additiven, um Elektrolyte für moderne Energiespeichertechnologien zu entwickeln. Unsere Arbeit zielt darauf ab, die derzeitigen Beschränkungen fortschrittlicher Batteriesysteme zu überwinden, indem wir Elektrolyte entwickeln, die ein breiteres elektrochemisches Stabilitätsfenster bieten, um den Einsatz von Hochspannungskathoden (z. B. Hochnickelkathoden) zu ermöglichen, die Entflammbarkeit und Sicherheitsrisiken zu verringern, stabile Zwischenphasen auf Elektroden zu bilden und in einem breiteren Temperaturbereich optimal arbeiten zu können.

Dabei Konzentrieren wir uns neben Lithium-Ionen Akkumulatoren besonders auf Natrium- und Kalium-Ionen-basierte Systeme, welche einen rohstoff- und kostentechnischen Vorteil gegenüber LIBs bieten können. Eine besondere Bedeutung kommt außerdem der Erforschung nachhaltiger, das heißt gering-fluorierter und Biomasse-basierter Elektrolytkomponenten zu. Durch diesen Ansatz soll unter anderem die Recyclingfähigkeit der Elektrolyte verbessert werden (siehe Recycling).

[1] K.S. Teoh, M. Melchiorre, S. Darlami Magar, C. Leibing, F. Ruffo, J.L. Gómez‐Urbano, A. Balducci, Small, 21 (2025) 2407850.

[2] Y. Lu, M.N. Aslam, C. Leibing, M. Zarrabeitia, L. Roselli, L.F. Pfeiffer, P. Axmann, J. Geisler, P. Adelhelm, A. Balducci, Small, (2025) 2410704.

[3] L.C. Meyer, A.K. Thiagarajan, A. Koposov, A. Balducci, Energy Storage Materials, 75 (2025) 104021.