Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS
Elektrochemische Energiespeicher und Wandler basierend auf Alkali-Metallen wie Natrium (Na/S, Na/NiCl2, AMTEC) sind hoch effiziente und anspruchsvolle Bauteile, die bei hohen Temperaturen arbeiten. Zentraler Bestandteil dieser Batterien sind keramische Alkali‑Ionen- Leiter, die als Festelektrolyt und Separator fungieren. Ein wichtiger Vertreter dieser Materialien sind dotierte ß‑Aluminate, deren keramische Synthese sehr anspruchsvoll ist. Das Fraunhofer IKTS ist in der Lage, ß‑Aluminate im kg-Maßstab ausgehend von verschiedenen Syntheserouten herzustellen.
An Probekörpern wie Stäben, Tabletten oder Bechern wird die elektrochemische Charakterisierung des Materials in speziellen Hochtemperaturzellen durchgeführt. Die ionische Leitfähigkeit, die Übergangswiderstände zwischen der Keramik und Anode bzw. Kathode sowie das Degradationsverhalten werden erfasst und so eine optimale Rohstoffbasis mit angepasster Verfahrensroute entwickelt.
Durch Pressen lassen sich Elektrolytrohre mit einer Länge von bis zu 300 mm realisieren. Die physikalischen und elektrochemischen Kennwerte der Bauteile liegen im internationalen Spitzenfeld. Es können ionische Leitfähigkeiten bis 0,241 S/cm (300 °C) und hohe Dichten nachgewiesen werden. Alternative Fertigungsverfahren wie der Folienguss oder die Extrusion sind in der Entwicklung, um eine hoch effiziente, kostengünstige Formgebung für die Massenproduktion zu etablieren.
Leistungsangebot
- Entwicklung und Synthese von Alkali-Ionen leitenden Keramiken auf Basis von ß‑Aluminat im Labor- und Technikumsmaßstab
- Herstellung von Probekörpern und Elektrolyten (Tabletten, Becher, Rohre)
- Aufbau von Hochtemperaturzellen zur Charakterisierung
- Tests in Voll- und Halbzellen (Na/S, NaNiCl2): Lade-Entlade-Verhalten, Degradationsverhalten
- Bestimmung der Na-Ionen-Leitfähigkeit in keramischen Festelektrolyten im Temperaturbereich bis 400 °C
Technische Ausstattung
- Hochtemperaturtestzellen zur elektrochemischen Charakterisierung der Alkali-Ionen leitenden Keramik
- Impedanzfähige Potentiostaten bis 80 A
- Gloveboxen für wasser- und sauerstofffreies Arbeiten
- Ausstattung für ß-Aluminat-Synthesen vom g- bis in den kg-Maßstab