Die effiziente Speicherung von Energie und die Verbesserung von Batteriesystemen ist gesellschaftlich und umweltpolitisch ein entscheidendes Thema der heutigen Zeit. Insbesondere wiederaufladbare Li-Ionen-Batterien erzielten in den letzten Jahrzehnten große Fortschritte und können im Vergleich zu herkömmlichen wiederaufladbaren Batterien die 2-3-fache Energie pro Gewichts- und Volumeneinheit speichern. Weiterentwicklungen sind in den Bereichen verlängerte Lebensdauer und Stabilität tragbarer elektronischer Geräte, sowie Steigerung der Reichweite von Elektrofahrzeugen erforderlich. Zusätzlich müssen durch intelligente Speichersysteme die Probleme einer zeitlich schwankenden Energieversorgung erneuerbarer Energiequellen wie Windkraft und Solarzellen gelöst werden.

Nanomaterialien können durch ihre korrelierenden veränderten Eigenschaften einen entscheidenden Beitrag zur Überwindung aktueller technologischer Einschränkungen beitragen und eine Steigerung der Effizienz zukünftiger Batteriesysteme erreichen. Eine verbesserte Kompensation des Volumenstresses bei Be- und Entladung führt zu einer Verlängerung der Lebensdauer, während die größere Oberfläche eine höhere Kontaktfläche zwischen Elektrolyt und Aktivmaterial ermöglicht und so die Lade- / Entladerate erhöht. Daher liegt unser Forschungsschwerpunkt auf dem Einsatz von Nanomaterialien für wiederaufladbare Batteriesysteme, wobei neben unterschiedlichsten Anoden- und Kathodenmaterialien für Lithium-Ionen-Batterien auch an Materialien für den Einsatz in Natrium-, Kalium- und Magnesium-Ionen-Batterien geforscht wird.

Darüber hinaus können Wirtsmaterialien wie Graphen oder andere Kohlenstoffmaterialien die Effizienz von Batteriesystemen weiter verbessern. Aufgrund ihrer hohen mechanischen Stabilität und Flexibilität kann es das aktive Material während des Zyklusprozesses stabilisieren. Des Weiteren wird aufgrund der hohen elektrischen Leitfähigkeit der Matrix ein verbesserter Ladungsträgertransport gewährleistet. Ebenso bietet der Einsatz von Schwefel in Metall-Schwefel-Akkumulatoren neben einer Kostenreduktion eine enorme Steigerung der möglichen Energiedichte. Aufgrund von Nebenreaktionen während der Zyklisierung wird allerdings die Langzeitstabilität der Zellen stark herabgesetzt, wodurch weitere Forschungsaktivitäten erforderlich sind.

Beispiele für funktionelle Anodenmaterialien, die in unserer Arbeitsgruppe synthetisiert wurden, sind u. a. Graphen/SnO₂- und Kohlenstofffasern/Li₂S-Nanokomposite. Dabei können die Materialien in einer klassischen Batteriepaste verarbeitet, oder als freistehende, selbsttragende Elektrodenmaterialien in die elektrochemische Zelle verbaut werden. Neben verschiedenen Synthese- und Analysemethoden besteht in unserer Arbeitsgruppe die Möglichkeit die Materialien mit Hilfe von Cyclovoltammetrie und Galvanostatischen Messungen elektrochemisch zu untersuchen.