Composites & Hybrid Materials

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Das wissenschaftliche Ziel der Forschungsgruppe "Komposite & Hybridmaterialien" ist die Weiter-/Entwicklung neuartiger Elektrodenmaterialien für die nächste Generation an Batterien. Dafür kommen verschiedenste Präparationsmethoden wie z. B. Festkörper,- Sol-gel und hydrothermale Reaktionen zur Anwendung, um aus diesem Pool die effektivste Methode, hin zu einem hochreinen Endprodukt zu ermitteln. Zudem werden physikalische und strukurelle Charakterisierungen durchgeführt, um den Einfluss der Morphologie sowie der Atomanordnung auf die elektrochemischen Eigenschaften zu bestimmen.

Die Materialien für Elektroden zu optimieren stellt eine große Herausforderung in der Batterieforschung dar. Hierzu müssen unter anderem verschiedene Präparationsmethoden entwickelt werden. Bis zur Herstellung von hochreinen Endprodukten im Labormaßstab gibt es viele grundlegende Fragestellungen zu lösen. Die elektrochemischen Eigenschaften der Materialien werden bestimmt durch ihre innere Struktur bis hin zur atomaren Anordnung. Die Grenzfläche zwischen Elektrode und Elektrolyt und deren Oberflächenbeschaffenheiten beeinflussen Zersetzungreaktionen, welche eine Batterieperformance stark beeinträchtigen. 

Die Forschungsgruppe „Komposite & Hybridmaterialien“ erarbeiten ein grundlegendes Verständnis zur Entwicklung von Elektrodenmaterialien um die Batterie der nächsten Generation entscheidend mitentwickeln zu können.

Johannes MundingPhD StudentTel: +49 (0731) 50 34213Mail: Johannes.Munding(at)kit.edu
ForschungsgruppeComposites & Hybrid Materials
Dr. Margret Wohlfahrt-MehrensPrincipal Investigator (PI)Tel: +49 (0731) 9530 612Mail: margret.wohlfahrt-mehrens(at)zsw-bw.de
ForschungsgruppeComposites & Hybrid Materials

(images will be uploaded shortly)

 

Various methods of preparation are employed, such as solid state, sol-gel, and hydrothermal reactions, in order to determine which of these methods is the most effective to ultimately obtain a high-purity end product. Furthermore, physical and structural characterizations are conducted to determine the influence of the morphology, the configuration of the atoms, on the electrochemical properties. The most important starting point for this is to understand the different factors exerting an influence—based on the various underlying syntheses—on the structure, the electrochemical properties and their electrode–electrolyte interface, the properties of the surface, and possible decomposition reactions.

 

For this purposes, very different methods of characterization are employed, such as X-ray diffraction (XRD), inductively coupled plasma emission spectrometry (ICP-OES), and scanning electron microscopy (SEM).

 

Another activity of this group is the development of innovative concepts for the optimized synthesis of carbon nanocomposites or conductive layers.

 

Multistep-Redox-Materials

The synthesis and characterization of so-called multistep redox materials such as lithium-metal silicates (Li2MeSiO4 ; Me=Fe, Mn, Fe/Mn)

Lithium-ion battery technology has found many applications, but it is limited by the insertion reaction that takes place with many materials and the associated transfer of at most one electron per ion of transition metal. This in turn ultimately limits the specific energy of the batteries. The reason for the interest in multistep redox materials results from the fact that these materials are capable of an insertion/extraction of more than one lithium ion per formula unit.

This concept has previously only been confirmed for two-dimensional nanostructures (i.e., ultrathin film) and is now to be transferred to three-dimensional ones. To reach this goal, various approaches have been developed, such as the use of a modified sol-gel or hydrothermal approach (with the addition of a surfactant) for the synthesis of high-purity Li2MexMe(1-x)SiO4/C composite materials (A and B).

 

In situ/ex situ carbon coating of lithium metal-silicate materials

A reduction in particle size and the addition of a nanolayer of carbon is indispensible for attaining good rate and cycle stability because of the low electronic and ionic conductivity of most of the innovative electrode materials. In order to create such a nanolayer of carbon on the materials, our group developed two different processes:

Regardless of the method, the addition of carbon reduces the material’s energy density. Effective routes for preventing this are being examined in order to design innovative structures that contain spherical, aggregated, or compact nanocrystallites. The precise role of carbon has, moreover, not yet been completely understood and is also being studied using various analytic techniques.

(information will be uploaded shortly)

Zeitschriftenaufsatz
Kazzazi Arefeh, Bresser Dominic, Kuenzel Matthias, Hekmatfar Maral, Schnaidt Johannes, Jusys Zenonas, Diemant Thomas, Behm R. Jürgen, Copley Mark, Maranski Krzystof, Cookson James, de Meatza Iratxe, Axmann Peter, Wohlfahrt-Mehrens Margret, Passerini Stefano
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Zeitschriftenaufsatz
Hogrefe Christin, Hein Simon, Waldmann Thomas, Danner Timo, Richter Karsten, Latz Arnulf, Wohlfahrt-Mehrens Margret
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Zeitschriftenaufsatz
Kremer Lea Sophie, Hoffmann Alice, Danner Timo, Hein Simon, Prifling Benedikt, Westhoff Daniel, Dreer Christian, Latz Arnulf, Schmidt Volker, Wohlfahrt-Mehrens Margret
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Zeitschriftenaufsatz
Kuenzel Matthias, Bresser Dominic, Kim Guk-Tae, Axmann Peter, Wohlfahrt-Mehrens Margret, Passerini Stefano
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Zeitschriftenaufsatz
Kuenzel Matthias, Choi Hyeognseon, Wu Fanglin, Kazzazi Arefeh, Axmann Peter, Wohlfahrt-Mehrens Margret, Bresser Dominic, Passerini Stefano
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Zeitschriftenaufsatz
Marinaro M., Bresser D., Beyer E., Faguy P., Hosoi K., Li H., Sakovica J., Amine K., Wohlfahrt-Mehrens M., Passerini S.
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Zeitschriftenaufsatz
Hein Simon, Danner Timo, Westhoff Daniel, Prifling Benedikt, Scurtu Rares, Kremer Lea, Hoffmann Alice, Hilger André, Osenberg Markus, Manke Ingo, Wohlfahrt-Mehrens Margret, Schmidt Volker, Latz Arnulf
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Zeitschriftenaufsatz
Yoon Dong-Hwan, Marinaro Mario, Axmann Peter, Wohlfahrt-Mehrens Margret
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Zeitschriftenaufsatz
Armand M., Axmann P., Bresser Dominic, Copley M., Edström K., Ekberg C., Guyomard D., Lestriez B., Novák P., Petranikova M., Porcher W., Trabesinger S., Wohlfahrt-Mehrens Margret, Zhang H.
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Zeitschriftenaufsatz
Westhoff Daniel, Danner Timo, Hein Simon, Scurtu Rares, Kremer Lea, Hoffmann Alice, Hilger André, Manke Ingo, Wohlfahrt-Mehrens Margret, Latz Arnulf, Schmidt Volker
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Zeitschriftenaufsatz
Weinberger Manuel, Su Po-Hua, Peterlik Herwig, Lindén Mika, Wohlfahrt-Mehrens Margret
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Zeitschriftenaufsatz
Dou Xinwei, Buchholz Daniel, Weinberger Manuel, Diemant Thomas, Kaus Maximilian, Indris Sylvio, Behm Rolf J., Wohlfahrt-Mehrens Margret, Passerini Stefano
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Zeitschriftenaufsatz
Balasubramanian Prasanth, Mancini Marilena, Geßwein Holger, Geiger Dorin, Axmann Peter, Kaiser Ute, Wohlfahrt-Mehrens Margret
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Zeitschriftenaufsatz
Tahir Muhammad, Weinberger Manuel, Balasubramanian Prasanth, Diemant Thomas, Behm Rolf Jürgen, Lindén Mika, Wohlfahrt-Mehrens Margret
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Zeitschriftenaufsatz
Mancini M., Axmann P., Gabrielli G., Kinyanjui M., Kaiser U., Wohlfahrt-Mehrens M.
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Zeitschriftenaufsatz
Vieira Carvalho Diogo, Loeffler Nicholas, Kim Guk-Tae, Marinaro Mario, Wohlfahrt-Mehrens Margret, Passerini Stefano
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Zeitschriftenaufsatz
Varzi A., Raccichini R., Marinaro M., Wohlfahrt-Mehrens M., Passerini S.
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Zeitschriftenaufsatz
Marinaro M., Weinberger M., Wohlfahrt-Mehrens M.
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Zeitschriftenaufsatz
Weinberger Manuel, Wohlfahrt-Mehrens Margret
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Zeitschriftenaufsatz
Weinberger M., Pfeifer C., Schindler S., Diemant T., Behm R. J., Wohlfahrt-Mehrens M.
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Zeitschriftenaufsatz
Mancini M., Bekaert E., Diemant T., Marinaro M., De Biasi L., Behm R. J., Wohlfahrt-Mehrens M.
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Poster
Fleischmann S., Bekaert E., Emmel U., Wietelmann U., Wohlfahrt-Mehrens M.
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Poster
Bekaert E., Wohlfahrt-Mehrens M.
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Poster
Bekaert E., Wohlfahrt-Mehrens M.
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Poster
Bachtin K., Chen R., Indris S., Nikolowski K., Chakravadhanula V. S. K., Bekaert E., Wohlfahrt-Mehrens M., Roth C., Ehrenberg H.
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Poster
Scheuermann M., Wohlfahrt-Mehrens M., Hüsing N., Indris S.
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Mitglieder
Johannes MundingPhD StudentTel: +49 (0731) 50 34213Mail: Johannes.Munding(at)kit.edu
ForschungsgruppeComposites & Hybrid Materials
Dr. Margret Wohlfahrt-MehrensPrincipal Investigator (PI)Tel: +49 (0731) 9530 612Mail: margret.wohlfahrt-mehrens(at)zsw-bw.de
ForschungsgruppeComposites & Hybrid Materials
Forschung

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Various methods of preparation are employed, such as solid state, sol-gel, and hydrothermal reactions, in order to determine which of these methods is the most effective to ultimately obtain a high-purity end product. Furthermore, physical and structural characterizations are conducted to determine the influence of the morphology, the configuration of the atoms, on the electrochemical properties. The most important starting point for this is to understand the different factors exerting an influence—based on the various underlying syntheses—on the structure, the electrochemical properties and their electrode–electrolyte interface, the properties of the surface, and possible decomposition reactions.

 

For this purposes, very different methods of characterization are employed, such as X-ray diffraction (XRD), inductively coupled plasma emission spectrometry (ICP-OES), and scanning electron microscopy (SEM).

 

Another activity of this group is the development of innovative concepts for the optimized synthesis of carbon nanocomposites or conductive layers.

 

Multistep-Redox-Materials

The synthesis and characterization of so-called multistep redox materials such as lithium-metal silicates (Li2MeSiO4 ; Me=Fe, Mn, Fe/Mn)

Lithium-ion battery technology has found many applications, but it is limited by the insertion reaction that takes place with many materials and the associated transfer of at most one electron per ion of transition metal. This in turn ultimately limits the specific energy of the batteries. The reason for the interest in multistep redox materials results from the fact that these materials are capable of an insertion/extraction of more than one lithium ion per formula unit.

This concept has previously only been confirmed for two-dimensional nanostructures (i.e., ultrathin film) and is now to be transferred to three-dimensional ones. To reach this goal, various approaches have been developed, such as the use of a modified sol-gel or hydrothermal approach (with the addition of a surfactant) for the synthesis of high-purity Li2MexMe(1-x)SiO4/C composite materials (A and B).

 

In situ/ex situ carbon coating of lithium metal-silicate materials

A reduction in particle size and the addition of a nanolayer of carbon is indispensible for attaining good rate and cycle stability because of the low electronic and ionic conductivity of most of the innovative electrode materials. In order to create such a nanolayer of carbon on the materials, our group developed two different processes:

Regardless of the method, the addition of carbon reduces the material’s energy density. Effective routes for preventing this are being examined in order to design innovative structures that contain spherical, aggregated, or compact nanocrystallites. The precise role of carbon has, moreover, not yet been completely understood and is also being studied using various analytic techniques.

Equipment

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Zusammenarbeit

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Publikationen
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Kazzazi Arefeh, Bresser Dominic, Kuenzel Matthias, Hekmatfar Maral, Schnaidt Johannes, Jusys Zenonas, Diemant Thomas, Behm R. Jürgen, Copley Mark, Maranski Krzystof, Cookson James, de Meatza Iratxe, Axmann Peter, Wohlfahrt-Mehrens Margret, Passerini Stefano
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Hogrefe Christin, Hein Simon, Waldmann Thomas, Danner Timo, Richter Karsten, Latz Arnulf, Wohlfahrt-Mehrens Margret
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Kremer Lea Sophie, Hoffmann Alice, Danner Timo, Hein Simon, Prifling Benedikt, Westhoff Daniel, Dreer Christian, Latz Arnulf, Schmidt Volker, Wohlfahrt-Mehrens Margret
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Kuenzel Matthias, Bresser Dominic, Kim Guk-Tae, Axmann Peter, Wohlfahrt-Mehrens Margret, Passerini Stefano
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Kuenzel Matthias, Choi Hyeognseon, Wu Fanglin, Kazzazi Arefeh, Axmann Peter, Wohlfahrt-Mehrens Margret, Bresser Dominic, Passerini Stefano
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Marinaro M., Bresser D., Beyer E., Faguy P., Hosoi K., Li H., Sakovica J., Amine K., Wohlfahrt-Mehrens M., Passerini S.
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Hein Simon, Danner Timo, Westhoff Daniel, Prifling Benedikt, Scurtu Rares, Kremer Lea, Hoffmann Alice, Hilger André, Osenberg Markus, Manke Ingo, Wohlfahrt-Mehrens Margret, Schmidt Volker, Latz Arnulf
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Yoon Dong-Hwan, Marinaro Mario, Axmann Peter, Wohlfahrt-Mehrens Margret
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Armand M., Axmann P., Bresser Dominic, Copley M., Edström K., Ekberg C., Guyomard D., Lestriez B., Novák P., Petranikova M., Porcher W., Trabesinger S., Wohlfahrt-Mehrens Margret, Zhang H.
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Westhoff Daniel, Danner Timo, Hein Simon, Scurtu Rares, Kremer Lea, Hoffmann Alice, Hilger André, Manke Ingo, Wohlfahrt-Mehrens Margret, Latz Arnulf, Schmidt Volker
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Weinberger Manuel, Su Po-Hua, Peterlik Herwig, Lindén Mika, Wohlfahrt-Mehrens Margret
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Dou Xinwei, Buchholz Daniel, Weinberger Manuel, Diemant Thomas, Kaus Maximilian, Indris Sylvio, Behm Rolf J., Wohlfahrt-Mehrens Margret, Passerini Stefano
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Balasubramanian Prasanth, Mancini Marilena, Geßwein Holger, Geiger Dorin, Axmann Peter, Kaiser Ute, Wohlfahrt-Mehrens Margret
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Tahir Muhammad, Weinberger Manuel, Balasubramanian Prasanth, Diemant Thomas, Behm Rolf Jürgen, Lindén Mika, Wohlfahrt-Mehrens Margret
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Mancini M., Axmann P., Gabrielli G., Kinyanjui M., Kaiser U., Wohlfahrt-Mehrens M.
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Vieira Carvalho Diogo, Loeffler Nicholas, Kim Guk-Tae, Marinaro Mario, Wohlfahrt-Mehrens Margret, Passerini Stefano
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Varzi A., Raccichini R., Marinaro M., Wohlfahrt-Mehrens M., Passerini S.
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Marinaro M., Weinberger M., Wohlfahrt-Mehrens M.
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Weinberger Manuel, Wohlfahrt-Mehrens Margret
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Weinberger M., Pfeifer C., Schindler S., Diemant T., Behm R. J., Wohlfahrt-Mehrens M.
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Mancini M., Bekaert E., Diemant T., Marinaro M., De Biasi L., Behm R. J., Wohlfahrt-Mehrens M.
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Fleischmann S., Bekaert E., Emmel U., Wietelmann U., Wohlfahrt-Mehrens M.
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Bekaert E., Wohlfahrt-Mehrens M.
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Bekaert E., Wohlfahrt-Mehrens M.
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Bachtin K., Chen R., Indris S., Nikolowski K., Chakravadhanula V. S. K., Bekaert E., Wohlfahrt-Mehrens M., Roth C., Ehrenberg H.
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Scheuermann M., Wohlfahrt-Mehrens M., Hüsing N., Indris S.
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Fakten zur Gruppe