Klimawandel und Energieautarkie sind wichtige Themen unserer Gesellschaft. Mit wachsendem Bedarf an Energiespeichern, sowohl im stationären als auch im mobilen Bereich, kommt der Betrachtung ökologischer Aspekte eine immer größere Rolle in der aktuellen Forschung zu.
Um die Attraktivität der Elektromobilität weiter zu steigern, ist es von zentraler Bedeutung, die Energie- und Leistungsdichte der Lithium-Ionen-Batterien weiter zu erhöhen. Mit 10-fach höherer spezifischer Kapazität im Vergleich zu Graphit rückt dabei Silizium als Anodenaktivmaterial immer mehr in den Fokus. Jedoch muss neben diesem Vorteil die mechanische Instabilität durch Volumenexpansion und die geringere elektrische Leitfähigkeit überwunden werden.
Das von Muscheln als Kleber verwendete Polydopamin verfügt über eine gute Adhäsionsfähigkeit. Dieses aus der Natur abgeleitete Polymer besitzt das Potential als wasserbasierter Binder dem Elektrodenherstellungsprozess eine höhere Sicherheit zu verleihen und später einfachere Recyclingprozesse zu ermöglichen. Zusätzlich ist es möglich, Polydopamin zu karbonisieren, wodurch dieses intrinsische elektrische Leitfähigkeit erhält.
Ziel dieser Dissertation ist die Entwicklung einer Silizium-basierten Anode für moderne Batteriezellen, in der Polydopamin als ökologisch verträglicher Binder und gleichzeitig auch als elektrisch leitfähige Komponente verwendet wird. Durch eine Teilkarbonisierung bei verschiedenen Temperaturen und über unterschiedliche Prozessdauern soll der beste Kompromiss aus guten Bindereigenschaften und hoher elektrischen Leitfähigkeit erhalten werden. Die Bewertung der Langzeitperformance erfolgt mittels systematischer Charakterisierung in elektrochemischen Zelltests. Anschließend soll ebenfalls die Integration in industrielle Herstellungsprozesse vorbereitet und bewertet werden.
