Synthese und Charakterisierung funktioneller Lithium-basierter Dünnschichten zur Anwendung in Energiespeichersystemen
| dc.contributor.author | Michel, Fabian | |
| dc.date.accessioned | 2023-02-09T15:34:44Z | |
| dc.date.available | 2020-07-06T11:58:42Z | |
| dc.date.available | 2023-02-09T15:34:44Z | |
| dc.date.issued | 2020 | |
| dc.identifier.uri | http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:hebis:26-opus-152191 | |
| dc.identifier.uri | https://jlupub.ub.uni-giessen.de//handle/jlupub/10447 | |
| dc.identifier.uri | http://dx.doi.org/10.22029/jlupub-9831 | |
| dc.description.abstract | Diese Dissertation beschäftigt sich mit der Synthese und Charakterisierung von Dünn- schichten auf Lithiumbasis im Hinblick auf eine Anwendung in Energiespeichersystemen. Polykristalline Dünnfilme können als Modellsystem dienen, um die Transporteigenschaften im festen Zustand im atomaren Maßstab zu verstehen. In dieser Arbeit liegt der Fokus auf den beiden lithiumionenleitenden Materialien LiPSON und LiCoO2 (LCO). LiPSON fungiert als Festelektrolyt, während bei LCO die Ionenleitfähigkeit durch eine elektronische Leitfähigkeit ergänzt wird, was wiederum die Anwendung als Elektrodenmaterial ermöglicht. Dünne Filme beider Materialien wurden mittels reaktiver Radiofrequenz (RF)-Kathodenzerstäubung (engl. rf sputter deposition) herge- stellt. Zusammen mit metallischem Lithium als Anodenmaterial ist die Kombination von LiPSON und LCO ein geeigneter Kandidat für die Modellierung einer Standard- Festkörperbatterie als sogenannte Mikrobatterie unter Verwendung einer einzelnen Abscheidungsmethode.LiPSON ist ein dem LiPON verwandtes Material des sogenannten Li(A,B)ON-Systems (A, B = P, S, Si). Dieses Material wurde in der Literatur nicht ausführlich untersucht, da LiPON der dominierende Kandidat des Li(A,B)ON-Systems für die Verwendung als Festelektrolyt war und die meiste Aufmerksamkeit auf sich zog. In der vorliegenden Arbeit werden erstmals LiPSON-Dünnfilme beschrieben, die durch reaktive RF-Kathodenzerstäubung hergestellt wurden. Die strukturellen und elektrochemischen Eigenschaften der LiPSON-Dünnschichten wurden hinsichtlich der Ionenleitfähigkeit charakterisiert und optimiert. Das Verhalten von LiPSON in Kontakt mit metallischem Lithium, d.h. der Grenzflaäche zwischen Anode und Elektrolytmaterial in Dünnschicht-Festkörperbatterien, wurde durch Ro¨ ntgenphotoelektronenspektroskopie untersucht und mit LiPON als derzeitigem Festkörperelektrolyten der gleichen Materialklasse verglichen.LiCoO2 ist ein gemischter ionischer und elektronischer Leiter und kann daher als Kathodenmaterial verwendet werden. Die Lade- und Entladeleistung hängt stark von der kristallographischen Orientierung von LCO ab, da es in einer Schichtstruktur kristallisiert. Daher wurde der Abscheidungsprozess von LCO im Hinblick auf die kristallographische Orientierung und die physikalisch-chemischen Eigenschaften optimiert, um die Lebensdauer, die gravimetrische und volumetrische Energiedichte und die Ka- pazität einer Dünnschicht-Festkörperbatterie zu verbessern. | de_DE |
| dc.description.abstract | This thesis deals with the synthesis and characterization of lithium-based thin films with respect to an application in energy storage systems. Polycrystalline thin films can act as a model system to understand the transport properties in the solid state on an atomic scale. Within this work, the focus lies on the two lithium-conducting materials LiPSON and LiCoO2 (LCO). LiPSON functions as a solid electrolyte, whereas in LCO the ionic conductivity is complemented by an electronic one, enabeling the application as an electrode material. Thin films of both materials were produced by means of reactive radiofrequency sputtering. Together with metallic lithium as anode material, the combination of LiPSON and LCO is a proper candidate to model a standard solid state battery as a so called microbattery by the use of a single deposition technique.LiPSON is a LiPON-related material of the so-called Li(A,B)ON system (A,B=P, S, Si). This material has not been extensively studied in literature as LiPON was the dominating candidate of the Li(A,B)ON system for the use as a solid electrolyte and attracted most of the attention. In the present work, LiPSON thin films produced by reactive radiofrequency sputtering are reported for the first time. The structural and electro-chemical properties of the LiPSON thin films have been characterized and optimized with regard to the ionic conductivity. The behavior of LiPSON in contact with metallic lithium, i.e. the interface between anode and electrolyte material in thin film solid state batteries has been investigated by X-ray photoelectron spectroscopy and compa- red with LiPON as a current state-of-the-art solid electrolyte of this material class.LiCoO2 is a mixed ionic and electronic conductor and qualifies for application as cathode material. The charge and discharge performance will strongly depend on the crystallographic orientation of LCO as it crystallizes in a layered structure. Therefore, the deposition process of LCO has been optimized with regard to the orientation and physicochemical properties to enhance the life time, the gravimetric and volumetric energy density and capacity of a thin film solid state battery. | en |
| dc.language.iso | de_DE | de_DE |
| dc.rights | In Copyright | * |
| dc.rights.uri | http://rightsstatements.org/page/InC/1.0/ | * |
| dc.subject.ddc | ddc:530 | de_DE |
| dc.title | Synthese und Charakterisierung funktioneller Lithium-basierter Dünnschichten zur Anwendung in Energiespeichersystemen | de_DE |
| dc.type | doctoralThesis | de_DE |
| dcterms.dateAccepted | 2020-06-08 | |
| local.affiliation | FB 07 - Mathematik und Informatik, Physik, Geographie | de_DE |
| thesis.level | thesis.doctoral | de_DE |
| local.opus.id | 15219 | |
| local.opus.institute | 1. Physikalisches Institut | de_DE |
| local.opus.fachgebiet | Physik | de_DE |
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