Das IAM-ESS
Das Institut für Angewandte Materialien – Energiespeichersysteme am KIT beschäftigt sich mit der Herstellung neuer Materialien zur Energiespeicherung, wie z.B. für Li-Ionen Batterien und Post-Lithium Systemen, sowie der Aufklärung der bei der Energiespeicherung ablaufenden Prozesse, der Herstellung und Testung von Elektroden und vollständiger Zellen.
Das Institut ist ebenfalls angesiedelt im Institut für anorganische Chemie: Materialforschung für neuartige Energiespeichersysteme (AK Ehrenberg).
Neben der für ihre Forschung notwendigen Laborausstattung besitzt das Institut auch Zugang zu Großforschungseinrichtungen wie Neutronen- und Synchrotronstrahlungsquellen. In Kooperation mit diesen Einrichtungen entwickelt das Institut in-situ und in-operando Techniken, um sowohl bestimmte Aspekte in Materialien, als auch vollständige, kommerzielle Bauteile zu untersuchen.
Eine effiziente Nutzung von Energiespeichern für Anwendungen in der Wind- und Solarenergie oder auch im Bereich Elektromobilität setzt eine lange Lebensdauer der Speicher voraus. Entsprechend wichtig ist es, Mechanismen für Alterung und Degradation zu bestimmen, um möglichst akkurate Lebensdauer Modelle zu entwickeln. Untersuchungen dieser Art erfolgen sowohl in-situ als auch post-mortem. Angefangen bei der Materialanalyse bis hin zur Aufstellung von Modellen kooperiert das Institut mit Partnern aus Industrie und anderen Forschungsinstituten. Daneben sind weitere Schwerpunkte die Entwicklung neuartiger Materialien und Speicher, die Untersuchung sogenannter Redox-Flow Speicher und die Entwicklung von Methoden zur effizienten Untersuchung ganzer Bauteile unter in-operando, d.h. möglichst realen, Bedingungen. Die Herstellung von Elektroden und ganzen Zellen sind ebenso Teil der Forschung wie die Materialentwicklung für die Fusionsforschung.
The comprehensive study Dynamics of porous and amorphous magnesium borohydride to understand solid state Mg-ion conductors combining x-ray total scattering and quasi elastic neutron scattering (QENS) to help unravelling the complex interplay of the structure-property-relationship in crystalline and amorphous Mg-ion conductor Mg(BH4)2 was published in June 2020 in scientific reports – nature research.
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In the article Thermally Induced Structural Reordering in Li- and Mn-Rich Layered Oxide Li Ion Cathode Materials published in Chemistry of Materials the authors describe a gradual transformation from a trigonal layered structure toward a cubic spinel structure during electrochemical cycling, which results in an unwanted decay of the mean charge and discharge voltages, called “voltage fade”.
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Rated among the top 50 publications in Chemistry and Materials Sciences published in Nature Communications 2019, the article Structural insights into the formation and voltage degradation of lithium- and manganese-rich layered oxides systematically investigates the voltage decay of manganese-rich lithium insertion compounds and its structural and compositional dependence.
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