Thermodynamische Untersuchung des ternären Systems Co-Li-Sn

Der steigende Bedarf an elektrischer Energie für mobile Systeme (Elektroautos) macht die Entwicklung von effizienten Elektrizitätsspeichern notwendig, und eine der vielversprechendsten Technologien in diesem Zusammenhang sind Lithium-Ionen-Batterien (LIBs), die zur Zeit intensiv weiter entwickelt werden. In der Vergangenheit wurden verschiedene intermetallische Verbindungen als Anodenmaterialien in Erwägung gezogen, einschließlich vieler Verbindungen mit Sn (z.B. Verbindungen in den Systemen Co-Sn, Cu-Sn, Ni-Sn oder Sb-Sn). Für diese hat man die Hoffnung, dass Li reversibel eingelagert werden kann, und zwar ohne drastische Volumenänderung, die zur Zerstörung der Anode und der gesamten Batterie führen würde. Für ein vollständiges Verständnis dieser Reaktion benötigt man ein verlässliches Zustandsdiagramm des entsprechenden ternären Systems. Daher ist es das wichtigste Ziel des vorgeschlagenen Projekts, die thermodynamischen Eigenschaften des ternären Co-Li-Sn-Systems (als einem der relevanten Legierungssysteme) zu untersuchen und die Ergebnisse für eine thermodynamische Modellierung dieses Systems nach der sogenannten CALPHAD-Methode zu verwenden. Das Projekt ist in diesem Zusammenhang als zusätzliche Unterstützung für eine thermodynamische und kinetische Datenbank gedacht, die im Zuge des Schwerpunktprogramms 1473 der Deutschen Forschungsgemeinschaft, "WeNDeLIB - Werkstoffe mit neuem Design für verbesserte Lithium-Ionen-Batterien", aufgebaut werden soll. Die Untersuchungen werden sich auf folgende Dinge konzentrieren: Partielle und integrale Mischungsenthalpien für flüssige Co-Li-Sn-Legierungen mittels kalorimetrischer Methoden; Integrale Bildungsenthalpien für feste Verbindungen im ternären Co-Li-Sn-System mittels kalorimetrischer Methoden; Partielle Gibbssche Energien ternärer Co-Li-Sn-Legierungen mit Hilfe einer EMK-Methode (EMK = elektromotorische Kraft) mit flüssigen und/oder festen Elektrolyten. Falls nötig sollen auch Experimente zur Untersuchung der Phasengleichgewichte im ternären Co-Li-Sn durchgeführt werden, um eine verlässliche Auswertung der durchgeführten thermodynamischen Messungen zu gewährleisten. Dafür stehen die Standardmethoden wie Röntgen-Pulverdiffraktometrie, Elektronen-Mikrosonde und thermische Analysenmethoden zur Verfügung.