Projektdaten

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Fertigung und höchstauflösende elektronenmikroskopische Charakterisierung drei-dimensionaler Natrium-Ionen-Mikrobatterien bestehend aus binär-porösen Aluminiumoxid-Templaten

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Die starke Konzentration auf Li-Ionen-Batterien führt zu einem enormen Anstieg der Rohstoffpreise und einer Verknappung der natürlichen Resourcen. Aufgrund des reichlichen Vorkommens von Natrium in der Erdkruste und der elektrochemischen Ähnlichkeiten zwischen Natrium und Lithium, gelten Natrium-Ionen-Batterien als eine nachhaltige und preislich konkurrenzfähige elektrochemische Energiespeichertechnologie. Insbesondere Natrium-Ionen-Mikrobatterien (SIMBs) sind eine vielversprechende Alternative zu den Lithium­Ionen-Mikrobatterien, um die steigende Nachfrage nach miniaturisierten Energiequellen zu befriedigen, die der raschen Entwicklung der Mikroelektronik und Mikrosysteme entspricht. Konventionelle zwei-dimensionale Dünnfilm-Mikrobatterien sind nur ein Kompromiss zwischen Energie- und Leistungsdichte. Ein drei-dimensionales (3D) Mikrobatterie-Design hat den Vorteil, dass durch das Ausweichen in die dritte Dimension effektiv Energie- und Leistungsdichte entkoppeln und beides erhöht werden kann .. Eine Hauptschwierigkeit von 3D-SIMBs ist die Integration von Batterie-Elementen im begrenzten Volumen. Weiterhin ist der Prozess der Natrium-Ladungs- und -Entladungsvorgänge noch zu wenig erforscht. Ziel desProjektes ist eserstmals voll-funktionsfähige 3D-SIMBs zu realisieren. Binäres anodisiertes Alumiumoxid wird als Template-Material zur Fertigung der 3D-SIMBs verwendet. Zur Charakterisierung werden Rasterionen- und Rasterelektronenmikroskopie (FIB/SEM) sowie aberrationskorrigierte Höchstauflösungs-Transmissionselektronenmikroskopie (HRTEM) eingesetzt. Mittels in-situ HRTEM­Experimenten werden die elektrochemischen Vorgänge durch direkte Beobachtung der Natrium-Ionen-Ladung- und Entladung erforscht. . Die Durchführung dieses Projekts soll zu bedeutenden Fortschritten in der Batterie-Grundlagenforschung führen und die Entwicklung von mikroelektronischen Geräten der zukünftigen Generation fördern.