クリスチャン・ドップラー固体研究所

近年、固体電解質の研究が盛んに行われ、液体電解質と同様に高いイオン伝導率を有する材料が開発されている。 しかし、心の中にある目標は常に明確でした。 セラミックなどの固体電解質を使用したバッテリーは、液体電解質を使用した従来のリチウムイオンバッテリーよりも非常に高いエネルギーと出力密度を実現し、耐火性も備えています。 オーストリアのグラーツ工科大学（TU Graz）材料化学技術研究所のダニエル・レッテンワンダー氏は、「全固体電池はエリアワイドなeモビリティに向けた大きな一歩となるだろう」と強調する。

しかし、新しく開発された固体電解質をリチウムイオン電池に導入すると、すぐに大きな問題が明らかになりました。研究者は次のように述べています。「界面で高い抵抗が形成され、電極間の急速なイオン輸送が妨げられ、その結果、重大な損失が発生します。」ほとんどの場合、原因は固体電解質と電極材料の間の界面、および電解質自体の粒子間の界面です。」 レッテンワンダー氏が所長を務める新しいクリスチャン・ドップラー（CD）全固体電池研究所は、2020年11月12日に業界パートナーのAVLと共同で開設され、停滞しているイオンに新たな勢いを与えることを目指している。

AVL にとって、この CD ラボは非常に重要です。 「革新的な駆動用バッテリーの開発者として、この研究結果は全固体電池技術に基づいた将来のバッテリーモジュールの開発にとって非常に貴重です」と AVL のバッテリー部門責任者 Volker Hennige 氏は強調します。 したがって、AVL は公的部門と協力して 7 年間の研究プロジェクトを支援しています。 従業員 7 名の CD ラボの予算は総額約 200 万ユーロです。 最も重要な公的資金源は連邦デジタル経済省 (BMDW) です。

連邦デジタル経済大臣のマルガレーテ・シュランベック博士は、「気候危機などの複雑な課題に対する持続可能で実現可能な解決策を見つけるには、ビジネスと科学の協力が不可欠です。特にビジネス拠点としてのオーストリアにとって、知識の移転は重要です」と付け加えた。企業と大学との連携は、企業が研究成果を具体的に実践することで国際競争力を維持できる大きな可能性を秘めており、クリスチャン・ドップラー全固体電池研究所が経済的・経済的観点から今後7年間集中的に研究を進めていくことを大変嬉しく思います。社会的に関連性の高いトピック。」

全固体電池の主な問題は、さまざまな界面での接触の不均一性です。 非常に高い電流率では、局所的な電流ピークが発生します。これは、リチウムイオンが界面で均一に分布するのに十分な時間がないことを意味します。 金属リチウムと固体電解質の間に形成される界面の場合、これにより針状構造、いわゆるデンドライトが形成され、電解質を貫通して成長し、最悪の場合、短絡や発火につながります。バッテリー。 充電および放電プロセス中のカソード材料の体積変化による接触の損失と、熱力学的不安定性による高いセル電圧での固体電解質の電気化学的分解が、現在開発の妨げとなっているさらなる理由です。全固体電池。

レッテンワンダー氏と彼のチームは、いくつかのアプローチに焦点を当てています。「たとえば、微調整されたリチウム輸送特性を持つ中間層を導入することによって、界面での電流密度分布を均一化できます。さらに、パルス充電方法などの代替充電方法をテストしたいと考えています」均一なリチウムの堆積を達成するには直流の代わりに。」

軽量の全固体電池は、より高いエネルギー密度を提供します。 セラミックとポリマーベースの電解質を組み合わせて使用​​すると、重量を軽減しながら、同時に充電および放電中のカソード材料の膨張による接触損失を補償できます。 「これは、セラミック電解質の高い導電率と熱力学的安定性と、ポリマーベースの電解質の優れた機械的特性と容易な加​​工性を組み合わせた、両方の長所を生むことになります。しかし、これにより、セラミックとポリマーの間に新しい界面が形成されます。 「コンポーネント間のイオンの輸送を妨げます。イオンのスムーズな輸送のためには、セラミックとポリマー間の結合を改善するための表面改質が必要です」とダニエル・レッテンワンダー氏は説明します。 適切なポリマーを開発し、セラミック材料の表面を改質する際、レッテンワンダー氏の CD 研究室は、グラーツ工科大学の同僚であるクリスチャン・スルーゴヴツ氏の重合における有機触媒反応 CD 研究室、およびグラーツ工科大学の研究者グレゴール・トリメル氏の作業グループと協力しています。 彼らは最近このテーマに関する研究結果を科学雑誌 Cell Press Physical Science に発表。

レッテンワンダー氏は近い将来を展望しています。「全固体電池の開発は、リチウム空気電池や類似の実験用電池技術とは対照的に、すでにかなり進んでいます。このタイプの電池が実用化されるまでには、まだ時間がかかるでしょう。」 -電気自動車などのエネルギー用途ですが、全固体電池が電子部品用の小型電池として孤立したケースですでに発見されているため、ここシュタイアーマルク州でもそれは予測可能です。私たちは具体的な問題領域を知っており、フルスピードで取り組んでいます。この CD 研究所では、とりわけ持続可能なソリューションを開発しており、したがって私たちは次世代のエネルギー貯蔵システムの不可欠な出発点であると考えています。」

この CD ラボは、グラーツ工科大学にある先端材料科学の専門分野に拠点を置いています。

グラーツ工科大学では現在、合計 12 の CD 研究室が活動しています。 「産業界やビジネスとの研究協力は、起業家精神にあふれた大学としての私たちの日常生活の一部です。最高レベルでの応用指向の基礎研究の観点から、優れた科学者と革新的な企業を結び付けるCDラボの資金提供モデルは特に満足です。」グラーツ工科大学学長ハラルド・カインツ氏は言う。

クリスチャン・ドップラー研究所では、優れた科学者が革新的な企業と協力し、応用指向の基礎研究が高いレベルで実施されています。 クリスチャン ドップラー研究協会 (CDG) は、この協力を促進するベスト プラクティスの例として国際的に認められています。 クリスチャン ドップラー研究所は、公共部門と参加企業が共同で資金を提供しています。 最も重要な公的資金源は連邦デジタル経済省 (BMDW) です。 CDG の詳細については、http://www.cdg.ac.at をご覧ください。

- このプレスリリースはもともとグラーツ工科大学のウェブサイトに掲載されたものです