Der große Bereich der organic electronics umfasst viele moderne Anwendungsmöglichkeiten, u. a. im Bereich der Smart Textiles, des Smart Packaging oder dem „Internet der Dinge“. Dabei müssen z. B. mobile Sensoren oder flexible Displays zuverlässig mit Energie versorgt werden. Als Alternative zu klassischen, metallbasierten Batterien (Lithium, Nickel, Kobalt, etc.) werden am HIPOLE Jena polymere Aktivmaterialien sowie Elektrolyte entwickelt. Diese bieten eine wesentlich unbedenklichere Rohstoffbasis und Entsorgung, überlegene Ladezeiten und Entladeleistungen sowie erhöhte Sicherheit und verringerte Giftigkeit der eingesetzten Materialien. Des Weiteren ermöglichen Polymeraktivmaterialien die drucktechnische Herstellung von mechanisch flexiblen, maßgeschneiderten BatJe nach dem gewählten molekularen Design (insbesondere hinsichtlich der Elektronenaffinität) können polymere Aktivmaterialien sowohl in Batterieanoden als auch -kathoden verwendet werden. Sie ermöglichen so die Entwicklung von vollorganischen wie auch hybriden (metall-organischen) Energiespeichern. Dabei muss beachtet werden, dass die meisten Polymeraktivmaterialien nur eine eingeschränkte elektrische Leitfähigkeit bieten. Deshalb kommen Kompositelektroden zur Anwendung, die zusätzlich ein leitfähiges Additiv (z. B. Kohlenstoffnanopartikel oder -nanoröhren) sowie ein (polymeres) Bindermaterial enthalten.
Neben Aktivmaterialien werden am HIPOLE Jena auch polymere Elektrolyte entwickelt. Dabei handelt es sich um (Hydro)Gel- und Feststoffelektrolyte. Letztere bieten als Alternative zu klassischen Flüssigelektrolyten eine erhöhte Sicherheit, da keine Flüssigkeiten auslaufen können. Zudem fällt einerseits der Separator weg, andererseits lassen sich Feststoffelektrolyte mit unterschiedlichen Beschichtungsmethoden verarbeiten. Dies ermöglicht die vereinfachte Fertigung mittels Drucktechniken und Roll-to-roll-Verfahren.
Das HIPOLE Jena verfügt über die notwendige Ausstattung, um polymerbasierte Dünnfilmbatterien sowohl als Knopfzellen, Swagelok-Zellen wie auch als Pouchzellen zu fertigen. So können wir unterschiedliche Stufen der Technologieetablierung darstellen.
Das HIPOLE Jena ist beteiligt am DFG Schwerpunktprogramm „Polymerbasierte Batterien“ (SPP 2248):
- Einfluss der Elektrolytzusammensetzung auf die Stabilität polymerer Materialien für organische Radikalbatterien (ElectroPoly) (Prof. Dr. Ulrich S. Schubert, Prof. Dr. Andrea Balducci)
- Entwicklung von Aktivmaterialien für organische Batterien basierend auf elektropolymerisierten Polymeren mit stabilen organischen Radikalen (Dr. Christian Friebe, Dr. Stephan Kupfer)
- Entwicklung und Optimierung von Thiol-haltigen leitfähigen Polymeren und kovalenten organischen Frameworks als Kathodenmaterialien in Lithium-Schwefel-Batterien: Synthese, Operando-Analyse und Simulation (Prof. Dr. Yan Lu, Dr. Sebastian Risse, Prof. Dr. Joachim Dzubiella)
- Charakterisierung von Fabrikation-Mikrostruktur-Eigenschafts-Beziehungen für polymerbasierte Batteriematerialien durch die Kombination von tomographischer 3D-Bildgebung mit Modellierung und Simulation (Dr. Ingo Manke, Prof. Dr. Thomas Carraro, Prof. Dr. Volker Schmidt)