DE102013201307B4 - Galvanic cell - Google Patents

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Abstract

Galvanische Zelle (401), umfassend: – eine Elektrode (403), die als Anode (405) ausgebildet ist, – eine weitere Elektrode (407), die als Kathode (409) ausgebildet ist, – wobei zumindest eine der beiden Elektroden (403, 407) ein elektrisch leitfähiges Substrat (411, 413, 503) und mehrere elektrisch leitfähige Körper (417, 421, 505) umfasst, – die jeweils mittels einer elektrisch leitfähigen Schichtanordnung (415, 419) mit dem Substrat (411, 413, 503) verbunden sind, – wobei die Körper (417, 421, 505) jeweils einen von einem Ladungszustand der galvanischen Zelle (401) abhängigen ersten Ausdehnungskoeffizienten aufweisen und – wobei die entsprechenden Schichtanordnungen (415, 419) jeweils einen von dem Ladungszustand der galvanischen Zelle (401) abhängigen zweiten Ausdehnungskoeffizienten aufweisen, – der kleiner als der erste Ausdehnungskoeffizient ist, – wobei der Körper (417, 421, 505) als ein Nanodraht gebildet ist, der indirekt mittels der Schichtanordnung (415, 419) mit dem elektrisch leitfähigen Substrat (411, 413, 503) verbunden ist, – wobei zumindest eine der Schichtanordnungen (415, 419) mehrere Schichten (605, 607, 609, 611) umfasst, die vom Substrat (411, 413, 503) in Richtung des entsprechenden Körpers (417, 421, 505) als Schichtenstapel (603) angeordnet sind, wobei eine jeweilige Gitterkonstante von Kristallstrukturen der Schichten sich vom Substrat (411, 413, 503) in Richtung des Körpers (417, 421, 505) einer Gitterkonstante einer Kristallstruktur des Körpers (417, 421, 505) annähert.A galvanic cell (401) comprising: - an electrode (403) formed as an anode (405), - a further electrode (407) formed as a cathode (409), - at least one of the two electrodes (403 , 407) comprises an electrically conductive substrate (411, 413, 503) and a plurality of electrically conductive bodies (417, 421, 505), each of which is connected to the substrate (411, 413, 503) by means of an electrically conductive layer arrangement (415, 419) wherein the bodies (417, 421, 505) each have a first coefficient of expansion dependent on a state of charge of the galvanic cell (401), and wherein the respective layer arrangements (415, 419) each have one of the state of charge of the galvanic cell ( 401) - which is smaller than the first coefficient of expansion, - wherein the body (417, 421, 505) is formed as a nanowire, indirectly by means of the layer arrangement (41 5, 419) is connected to the electrically conductive substrate (411, 413, 503), wherein at least one of the layer arrangements (415, 419) comprises a plurality of layers (605, 607, 609, 611) extending from the substrate (411, 413 , 503) are arranged in the direction of the corresponding body (417, 421, 505) as a layer stack (603), with a respective lattice constant of crystal structures of the layers extending from the substrate (411, 413, 503) in the direction of the body (417, 421, 505) approximates a lattice constant of a crystal structure of the body (417, 421, 505).

Description

Die Erfindung betrifft eine galvanische Zelle.The invention relates to a galvanic cell.

Galvanische Zellen als solche sind beispielsweise aus der Offenlegungsschrift US 2009/0042102 A1 bekannt. Die bekannten galvanischen Zellen umfassen beispielsweise einen Stromkollektor, an welchem mehrere Nanodrähte angeordnet oder befestigt sind. Bei einer Aufladung der galvanischen Zelle, also insbesondere wenn sich Ladungsträger wie beispielsweise Ionen an oder in den Nanodrähten anlagern, dehnen sich die Nanodrähte in der Regel aus. Dies kann in der Regel zu einem mechanischen Stress an der Schnittstelle Nanodraht-Stromkollektor führen. Dies kann in der Folge zu einem Bruch an der Schnittstelle führen. Dies insbesondere dann, wenn die galvanische Zelle mehrmals auf- und entladen wird.Galvanic cells as such are known, for example, from the published patent application US 2009/0042102 A1 known. The known galvanic cells include, for example, a current collector to which a plurality of nanowires are arranged or attached. When charging the galvanic cell, so in particular when charge carriers such as ions accumulate on or in the nanowires, the nanowires usually expand. This can usually lead to mechanical stress at the interface nanowire current collector. This can subsequently lead to a break at the interface. This especially if the galvanic cell is charged and discharged several times.

Die Offenlegungsschrift US 2013/0011736 A1 zeigt eine Elektrodenstruktur umfassend ein Substrat, auf welchem eine Haftvermittlungsschicht aufgebracht ist. Auf der Haftvermittlungsschicht ist eine Nanostruktur als Träger für eine Schicht aus einem elektro-chemisch aktiven Material gebildet.The publication US 2013/0011736 A1 shows an electrode structure comprising a substrate, on which an adhesion-promoting layer is applied. On the adhesion-promoting layer, a nanostructure is formed as a carrier for a layer of an electro-chemically active material.

Die Offenlegungsschrift WO 2012/105901 A1 zeigt eine Lithium-Ionen-Batterie umfassend Nanodrähte.The publication WO 2012/105901 A1 shows a lithium-ion battery comprising nanowires.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe kann daher darin gesehen werden, eine verbesserte galvanische Zelle bereitzustellen, die die bekannten Nachteile überwindet.The object underlying the invention can therefore be seen to provide an improved galvanic cell, which overcomes the known disadvantages.

Die Aufgabe wird mittels des Gegenstands des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand von abhängigen Unteransprüchen.The object is achieved by means of the subject matter of the independent claim. Advantageous embodiments are the subject of dependent subclaims.

Nach einem Aspekt wird eine galvanische Zelle bereitgestellt, umfassend:

  • – eine Elektrode, die als Anode ausgebildet ist,
  • – eine weitere Elektrode, die als Kathode ausgebildet ist,
  • – wobei zumindest eine der beiden Elektroden ein elektrisch leitfähiges Substrat und mehrere elektrisch leitfähige Körper umfasst,
  • – die jeweils mittels einer elektrisch leitfähigen Schichtanordnung mit dem Substrat verbunden sind,
  • – wobei die Körper jeweils einen von einem Ladungszustand der galvanischen Zelle abhängigen ersten Ausdehnungskoeffizienten aufweisen und
  • – wobei die entsprechenden Schichtanordnungen jeweils einen von dem Ladungszustand der galvanischen Zelle abhängigen zweiten Ausdehnungskoeffizienten aufweisen,
  • – der kleiner als der erste Ausdehnungskoeffizient ist,
  • – wobei der Körper als ein Nanodraht gebildet ist, der indirekt mittels der Schichtanordnung mit dem elektrisch leitfähigen Substrat verbunden ist,
  • – wobei zumindest eine der Schichtanordnungen mehrere Schichten umfasst, die vom Substrat in Richtung des entsprechenden Körpers als Schichtenstapel angeordnet sind, wobei eine jeweilige Gitterkonstante von Kristallstrukturen der Schichten sich vom Substrat in Richtung des Körpers einer Gitterkonstante einer Kristallstruktur des Körpers annähert.
In one aspect, there is provided a galvanic cell comprising:
  • An electrode formed as an anode,
  • A further electrode, which is designed as a cathode,
  • Wherein at least one of the two electrodes comprises an electrically conductive substrate and a plurality of electrically conductive bodies,
  • Each of which is connected to the substrate by means of an electrically conductive layer arrangement,
  • - Wherein the bodies each have a dependent of a state of charge of the galvanic cell first expansion coefficient and
  • Wherein the respective layer arrangements each have a second coefficient of expansion dependent on the state of charge of the galvanic cell,
  • - which is smaller than the first coefficient of expansion,
  • Wherein the body is formed as a nanowire which is indirectly connected to the electrically conductive substrate by means of the layer arrangement,
  • Wherein at least one of the layer arrangements comprises a plurality of layers which are arranged from the substrate in the direction of the corresponding body as a layer stack, a respective lattice constant of crystal structures of the layers approaching from the substrate in the direction of the body to a lattice constant of a crystal structure of the body.

Die Erfindung umfasst also insbesondere den Gedanken, den elektrisch leitfähigen Körper, an welchen sich in der Regel Ladungsträger wie beispielsweise Ionen, insbesondere Li-Ionen, bei einem Ladevorgang der galvanischen Zelle anlagern können, nicht direkt mit dem elektrisch leitfähigen Substrat zu verbinden, sondern indirekt mittels der Schichtanordnung. Dadurch, dass die Schichtanordnung sich abhängig von dem Ladungszustand der galvanischen Zelle aufgrund des kleineren Ausdehnungskoeffizienten weniger stark ausdehnt als der elektrisch leitfähige Körper, wird somit in vorteilhafter Weise eine mechanische Stressreduktion an der Schnittstelle elektrisch leitfähiges Substrat-Schichtanordnung bewirkt. Dadurch wird in vorteilhafter Weise eine verbesserte Befestigung des elektrisch leitfähigen Körpers an dem elektrisch leitfähigen Substrat bewirkt, insofern nun eine robustere Verbindung geschaffen ist. Diese Verbindung ist ferner in vorteilhafter Weise auch über eine Vielzahl von Lade- und Entladezyklen dauerhaft stabil und zuverlässig.The invention thus encompasses, in particular, the idea that the electrically conductive body, to which charge carriers such as, for example, ions, in particular Li ions, can accumulate during charging of the galvanic cell, does not connect directly to the electrically conductive substrate, but indirectly by means of the layer arrangement. The fact that the layer arrangement, depending on the charge state of the galvanic cell due to the smaller expansion coefficient expands less than the electrically conductive body, thus advantageously causes a mechanical stress reduction at the interface electrically conductive substrate layer arrangement. As a result, an improved attachment of the electrically conductive body to the electrically conductive substrate is effected in an advantageous manner, insofar as now a more robust connection is created. This connection is also advantageously permanently stable and reliable over a variety of charging and discharging cycles.

Ein Ausdehnungskoeffizient im Sinne der vorliegenden Erfindung ist insbesondere ein Maß dafür, wie stark sich der elektrisch leitfähige Körper oder die Schichtanordnung in Abhängigkeit von dem Ladungszustand der galvanischen Zelle ausdehnen. Dass der zweite Ausdehnungskoeffizient kleiner ist als der erste Ausdehnungskoeffizient bedeutet dann insbesondere, dass sich die Schichtanordnung bei einem bestimmten Ladungszustand der galvanischen Zelle weniger stark ausdehnt als der elektrisch leitfähige Körper.An expansion coefficient in the sense of the present invention is in particular a measure of how much the electrically conductive body or the layer arrangement extends in dependence on the charge state of the galvanic cell. The fact that the second expansion coefficient is smaller than the first expansion coefficient then means, in particular, that the layer arrangement expands less strongly than the electrically conductive body in the case of a certain charge state of the galvanic cell.

Ein Ladungszustand im Sinne der vorliegenden Erfindung kann insbesondere ein Maß dafür sein, wie viele Ladungsträger wie beispielsweise Ionen, vorzugsweise Li-Ionen, sich an dem elektrisch leitfähigen Körper angelagert haben. Das heißt also insbesondere, dass die galvanische Zelle je stärker oder mehr aufgeladen ist, desto mehr Ladungsträger sich an dem elektrisch leitfähigen Körper angelagert haben. Das Anlagern von solchen Ladungsträgern an dem elektrisch leitfähigen Körper umfasst insbesondere den Fall, dass solche Ladungsträger in den elektrisch leitfähigen Körper eindiffundieren. Insbesondere umfasst das Anlagern den Fall, dass die Ladungsträger mit dem Körper eine chemische Reaktion eingehen oder durchführen. Solche Ladungsträger können beispielsweise durch einen Elektrolyten bereitgestellt werden.A state of charge in the sense of the present invention may in particular be a measure of how many charge carriers, such as for example ions, preferably Li ions, have attached to the electrically conductive body. This means, in particular, that the galvanic cell is the more or more charged, the more charge carriers have accumulated on the electrically conductive body. The attachment of such charge carriers to the electrically conductive body comprises in particular the case that such charge carriers diffuse into the electrically conductive body. In particular, the attachment involves the case that the charge carriers enter into or make a chemical reaction with the body. Such charge carriers can be provided for example by an electrolyte.

Eine Schichtanordnung im Sinne der vorliegenden Erfindung kann beispielsweise eine Schicht umfassen, insbesondere ausschließlich eine Schicht. Eine Schichtanordnung im Sinne der vorliegenden Erfindung kann insbesondere mehrere Schichten umfassen. Die Schichten können insbesondere gleich oder vorzugsweise unterschiedlich gebildet sein. Insbesondere können die jeweiligen Schichtdicken oder die jeweilige Schichtzusammensetzung gleich oder insbesondere unterschiedlich sein.A layer arrangement in the sense of the present invention may comprise, for example, a layer, in particular exclusively a layer. A layer arrangement in the sense of the present invention may in particular comprise several layers. The layers may in particular be identical or preferably formed differently. In particular, the respective layer thicknesses or the respective layer composition may be identical or in particular different.

Es ist vorgesehen, dass mehrere elektrisch leitfähige Körper vorgesehen sind. Die elektrisch leitfähigen Körper können insbesondere gleich oder vorzugsweise unterschiedlich gebildet sein.It is envisaged that a plurality of electrically conductive body are provided. The electrically conductive bodies can be formed in particular the same or preferably different.

Nach einer weiteren Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass beide Elektroden jeweils ein elektrisch leitfähiges Substrat und jeweils zumindest einen elektrisch leitfähigen Körper umfassen. Hier ist dann jeder der elektrisch leitfähigen Körper mittels einer entsprechenden Schichtanordnung mit dem entsprechenden Substrat verbunden.According to a further embodiment it can be provided that both electrodes each comprise an electrically conductive substrate and in each case at least one electrically conductive body. Here then each of the electrically conductive body is connected by means of a corresponding layer arrangement with the corresponding substrate.

Die im Zusammenhang mit Ausführungsformen, in welchen beide Elektroden jeweils ein elektrisch leitfähiges Substrat und zumindest einen elektrisch leitfähigen Körper umfassen, der insbesondere mittels einer entsprechenden Schichtanordnung mit dem Substrat verbunden ist, gemachten Ausführungen gelten analog für Ausführungsformen, in denen nur bei einer der beiden Elektroden der elektrisch leitfähige Körper mittels der entsprechenden Schichtanordnung verbunden ist und umgekehrt.The statements made in connection with embodiments in which both electrodes each comprise an electrically conductive substrate and at least one electrically conductive body, which is in particular connected to the substrate by means of a corresponding layer arrangement, apply analogously to embodiments in which only one of the two electrodes the electrically conductive body is connected by means of the corresponding layer arrangement and vice versa.

Nach einer Ausführungsform kann die galvanische Zelle einen Elektrolyten und/oder einen Separator aufweisen. Die Funktionsweise und entsprechende Anordnung eines solchen Elektrolyten und eines solchen Separators ist dem Fachmann bekannt.In one embodiment, the galvanic cell may include an electrolyte and / or a separator. The mode of operation and corresponding arrangement of such an electrolyte and such a separator is known to the person skilled in the art.

Es ist vorgesehen, dass der Körper als Nanokörper gebildet ist. Ein solcher Nanokörper weist insbesondere Abmaßungen im Nanometerbereich auf.It is envisaged that the body is formed as a nanobody. In particular, such a nanobody has dimensions in the nanometer range.

Es ist vorgesehen, dass der Körper als ein Draht gebildet ist. Da der Körper als ein Nanokörper gebildet ist, ist der Draht als ein Nanodraht gebildet.It is envisaged that the body is formed as a wire. Since the body is formed as a nanobody, the wire is formed as a nanowire.

Ein Draht im Sinne der vorliegenden Erfindung weist insbesondere eine längliche Form, zum Beispiel eine Zylinderform, auf und kann insbesondere einen kreisförmigen oder insbesondere zumindest annähernd kreisförmigen Querschnitt aufweisen. Als Querschnitt kann vorzugsweise auch ein hexagonaler, quadratischer oder dreieckiger Querschnitt vorgesehen sein. Allerdings kann ein Draht im Sinne der vorliegenden Erfindung vorzugsweise auch einen Querschnitt aufweisen, der von einer Kreisform abweicht.A wire in the sense of the present invention has in particular an elongated shape, for example a cylindrical shape, and in particular may have a circular or in particular at least approximately circular cross-section. As a cross section, preferably a hexagonal, square or triangular cross section may be provided. However, in the sense of the present invention, a wire may preferably also have a cross-section that deviates from a circular shape.

Gemäß einer Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass der Körper aus Silizium gebildet ist. Da der Körper als Nanokörper oder als Nanodraht gebildet ist, kann der Körper als ein Silizium-Nanokörper oder als ein Silizium-Nanodraht gebildet sein.According to one embodiment it can be provided that the body is formed of silicon. Since the body is formed as a nanobody or as a nanowire, the body may be formed as a silicon nanobody or as a silicon nanowire.

Nach einer Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass das Substrat, eine Schicht der Schichtanordnung und der Körper jeweils eine Kristallstruktur mit einer jeweiligen Gitterkonstante aufweisen, wobei eine Differenz zwischen der Gitterkonstante der Kristallstruktur der Schicht und der Gitterkonstante der Kristallstruktur des Substrats kleiner ist als eine Differenz zwischen der Gitterkonstante der Kristallstruktur des Körpers und der Gitterkonstante der Kristallstruktur des Substrats. Vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass die entsprechenden Differenzen abhängig von einem Ladungszustand der galvanischen Zelle sind. So kann insbesondere vorgesehen sein, dass bei einer ungeladenen galvanischen Zelle kein oder kein wesentlicher Unterschied zwischen der Gitterkonstante des Körpers und der Gitterkonstante der Schichtanordnung besteht. Die Differenz ist also insbesondere Null. Insbesondere wenn die galvanische Zelle geladen, also insbesondere teil oder voll geladen, ist, kann dann eine Differenz auftreten. Die Differenz ist dann also insbesondere größer Null.According to one embodiment, it can be provided that the substrate, a layer of the layer arrangement and the body each have a crystal structure with a respective lattice constant, wherein a difference between the lattice constant of the crystal structure of the layer and the lattice constant of the crystal structure of the substrate is smaller than a difference between the lattice constant of the crystal structure of the body and the lattice constant of the crystal structure of the substrate. Preferably, it can be provided that the corresponding differences are dependent on a charge state of the galvanic cell. In particular, it may be provided that in the case of an uncharged galvanic cell there is no or no significant difference between the lattice constant of the body and the lattice constant of the layer arrangement. The difference is thus in particular zero. In particular, when the galvanic cell is charged, ie in particular partially or fully charged, then a difference can occur. The difference is then in particular greater than zero.

Durch das Vorsehen von entsprechenden Gitterkonstanten, die die vorgenannten Differenzen ermöglichen, wird ein verbesserter Übergang zwischen Substrat und Körper geschaffen, insofern eine verbesserte Gitteranpassung mittels der Schicht der Schichtanordnung bewirkt ist. Dies reduziert insbesondere in vorteilhafter Weise eine mechanische Belastung oder einen mechanischen Stress, der in der Regel bei einem Ladevorgang oder bei einem Entladevorgang der galvanischen Zelle an der Schnittstelle Körper-Substrat bei bekannten galvanischen Zellen, also ohne die hier beschriebene Schichtanordnung, auftritt. Bei einem Lade- oder Entladevorgang bei der erfindungsgemäßen galvanischen Zelle tritt nun dieser Stress oder diese Belastung in der Regel an der Schnittstelle Substrat-Schichtanordnung auf. Allerdings ist aufgrund der optimierten Gitteranpassung aufgrund der gewählten Gitterkonstanten eine deutliche Stressreduktion bewirkt, da aufgrund der gewählten Differenzen ein Übergang in den Gitterkonstanten nicht so abrupt auftritt wie bei den bekannten galvanischen Zellen. Das heißt also insbesondere, dass aufgrund dieser Stressreduktion der Körper robuster und zuverlässiger mittels der Schichtanordnung an dem Substrat befestigt oder angeordnet ist.By providing appropriate lattice constants which allow for the aforementioned differences, an improved substrate-body interface is provided as far as improved lattice matching by the layered layer layer is achieved. In particular, this advantageously reduces a mechanical stress or a mechanical stress that usually occurs during a charging process or during a discharging process of the galvanic cell at the body-substrate interface in the case of known galvanic cells, that is to say without the layer arrangement described here. In the case of a charging or discharging process in the galvanic cell according to the invention, this stress or this load now generally occurs at the substrate-layer arrangement interface. However, owing to the optimized lattice matching, a significant reduction in stress is brought about on account of the selected lattice constants, since, due to the differences chosen, a transition into the lattice constant does not occur as abruptly as in the case of the known galvanic cells. This means in particular that due to this stress reduction, the body is more robust and reliable by means of Layer arrangement is attached or arranged on the substrate.

Diese Stressreduktion in der Schicht gegenüber dem Körper kann insbesondere dann auftreten oder insbesondere dann bewirkt werden:

  • 1. – wenn die jeweiligen Kristallgitter oder Gitterstrukturen sich leicht oder stark voneinander unterscheidet, zum Beispiel durch Verschiebung eines Atoms und/oder beispielsweise durch Drehung eines Atomstapels innerhalb der Einheitszelle; und/oder
  • 2. – wenn die Einheitszellengrößen (Gitterkonstante) sich voneinander unterscheiden; und/oder
  • 3. – durch Drehung und/oder Kippung der Einheitszellen zueinander.
This reduction in stress in the layer with respect to the body can occur in particular or be effected in particular:
  • 1. if the respective crystal lattice or lattice structures differ slightly or strongly from one another, for example by displacement of an atom and / or, for example, by rotation of an atomic stack within the unit cell; and or
  • 2. - if the unit cell sizes (lattice constant) differ from each other; and or
  • 3. - by rotation and / or tilting of the unit cells to each other.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass eine Schicht der Schichtanordnung eine Kristallstruktur umfasst, die eine variable in Richtung des Körpers sich einer Gitterkonstante einer Kristallstruktur des Körpers annähernde Gitterkonstante aufweist.According to a further embodiment it can be provided that a layer of the layer arrangement comprises a crystal structure which has a variable lattice constant approaching a lattice constant of a crystal structure of the body in the direction of the body.

Das Vorsehen einer solchen Schicht umfassend eine variable Gitterkonstante bewirkt in vorteilhafter Weise eine graduelle Anpassung bzw. Veränderung von der Kristallstruktur des Substrats hin zu der Kristallstruktur des Körpers. Da also diese Anpassung über eine gewisse Distanz, hier insbesondere über die Schicht der Schichtanordnung, bewirkt ist, verteilt sich eine entsprechende mechanische Belastung bei einem Lade- oder Entladevorgang gleichmäßig über die Distanz, so dass auch hier wieder eine punktuelle Belastung oder ein punktueller Stress an den Schnittstellen Substrat-Schicht-Körper reduziert ist. Die Befestigung des Körpers an dem Substrat mittels der Schichtanordnung ist somit besonders robust und zuverlässig und insbesondere in vorteilhafter Weise auch über eine Vielzahl von Lade- und Entladevorgängen der galvanischen Zelle stabil.The provision of such a layer comprising a variable lattice constant advantageously effects a gradual change from the crystal structure of the substrate to the crystal structure of the body. Since this adaptation is effected over a certain distance, in particular via the layer of the layer arrangement, a corresponding mechanical load is evenly distributed over a distance during a charging or discharging process, so that again a point load or a punctual stress is applied the interfaces substrate-layer body is reduced. The attachment of the body to the substrate by means of the layer arrangement is therefore particularly robust and reliable and, in particular, also stable over a large number of charging and discharging processes of the galvanic cell.

Nach einer Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass eine Schicht umfassend eine variable Gitterkonstante Bereiche mit unterschiedlichen Dotierungen oder Dotierungskonzentrationen aufweist. Das heißt also insbesondere, dass ein Bereich dieser Schicht, der näher zu dem Substrat liegt, vermehrt dotiert oder eine höhere Dotierungskonzentration aufweist als ein Bereich, der relativ dazu näher an dem Körper angeordnet oder gebildet ist. Beispielsweise kann eine solche Schicht mit einem Dotanden wie beispielsweise Germanium dotiert sein. In Bereichen, die dem Substrat näher zugewandt sind als Bereiche, die relativ dazu dem Körper näher zugewandt sind, ist eine verstärkte oder größere Dotierung bewirkt bzw. vorgesehen. Das heißt also insbesondere, dass in Richtung des Körpers ausgehend von dem Substrat die Konzentration des jeweiligen oder entsprechenden Dotanden reduziert wird oder ist. Die Dotierungskonzentration nimmt somit in Richtung des Körpers ausgehend vom Substrat in der Schicht ab.According to one embodiment it can be provided that a layer comprising a variable lattice constant has regions with different doping or doping concentrations. This means, in particular, that an area of this layer that is closer to the substrate has an increased doping or a higher doping concentration than an area that is arranged or formed relatively closer to the body. For example, such a layer may be doped with a dopant such as germanium. In regions which are closer to the substrate than regions which are closer to the body relative thereto, enhanced or larger doping is effected. This means, in particular, that in the direction of the body, starting from the substrate, the concentration of the respective or corresponding dopant is reduced or is. The doping concentration thus decreases in the direction of the body starting from the substrate in the layer.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die Schichtanordnung mehrere Schichten umfasst, die vom Substrat in Richtung Körper als Schichtenstapel angeordnet sind, wobei eine jeweilige Gitterkonstante von Kristallstrukturen der Schichten sich vom Substrat in Richtung Körper einer Gitterkonstante einer Kristallstruktur des Körpers annähert.According to a further embodiment, it can be provided that the layer arrangement comprises a plurality of layers which are arranged from the substrate in the direction of the body as a layer stack, wherein a respective lattice constant of crystal structures of the layers from the substrate towards the body approximates a lattice constant of a crystal structure of the body.

Auch durch das Vorsehen von solchen mehreren Schichten wird analog zu der Schicht umfassend eine variable Gitterkonstante eine verbesserte Gitteranpassung ermöglicht. Die entsprechenden Ausführungen gelten auch hier und umgekehrt. Das heißt also insbesondere, dass der Übergang zwischen der Gitterkonstante der Kristallstruktur des Substrats zu der Gitterkonstante der Kristallstruktur des Körpers nicht mehr abrupt stattfindet, sondern aufgrund der mehreren Schichten graduell und sanft vonstatten geht. Auch dies bewirkt in vorteilhafter Weise eine mechanische Stressreduktion, die in der Regel bei einem Lade- oder Entladevorgang auftreten kann.Also, by providing such multiple layers, analogous to the layer comprising a variable lattice constant, improved lattice matching is enabled. The corresponding explanations also apply here and vice versa. This means, in particular, that the transition between the lattice constant of the crystal structure of the substrate to the lattice constant of the crystal structure of the body no longer takes place abruptly, but takes place gradually and gently due to the multiple layers. This also advantageously causes a mechanical stress reduction, which can usually occur during a charging or discharging process.

Nach einer Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass eine Schicht der Schichtanordnung eine Kristallstruktur umfasst, die eine variable in Richtung des Körpers sich einer Gitterkonstante einer Kristallstruktur des Körpers annähernde Gitterkonstante aufweist, wobei die Schichtanordnung mehrere Schichten umfasst, die vom Substrat in Richtung Körper als Schichtenstapel angeordnet sind, wobei eine jeweilige Gitterkonstante von Kristallstrukturen der Schichten sich vom Substrat in Richtung Körper einer Gitterkonstante einer Kristallstruktur des Körpers annähert, wobei die Schicht aufweisend die Kristallstruktur mit der variablen Gitterkonstante dem Schichtenstapel vom Substrat aus gesehen nachgeordnet gebildet ist.According to one embodiment, it can be provided that a layer of the layer arrangement comprises a crystal structure which has a variable lattice constant approaching a lattice constant of a crystal structure of the body in the direction of the body, the layer arrangement comprising a plurality of layers arranged from the substrate in the direction of the body as a stack of layers wherein a respective lattice constant of crystal structures of the layers approximates from the substrate towards the body to a lattice constant of a crystal structure of the body, the layer having the lattice constant crystal structure being formed downstream of the layer stack as viewed from the substrate.

In einer solchen Ausführungsform werden nun in vorteilhafte Weise die jeweiligen Vorteile der entsprechenden Ausführungsformen addiert, so dass hier eine besonders robuste und zuverlässige Verbindung bewirkt ist. Insbesondere kann durch das Vorsehen einer Schicht umfassend eine variable Gitterkonstante und mehrere Schichten mit entsprechend angepassten Gitterkonstanten ein Übergang von Substrat zum Körper entsprechend der Gitterstrukturen besonders genau und individuell an den konkreten Anwendungsfall angepasst werden.In such an embodiment, the respective advantages of the corresponding embodiments are now added in an advantageous manner, so that here a particularly robust and reliable connection is effected. In particular, by providing a layer comprising a variable lattice constant and a plurality of layers having correspondingly adapted lattice constants, a transition from substrate to body corresponding to the lattice structures can be adapted particularly precisely and individually to the specific application.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass eine Schicht oder mehrere Schichten der Schichtanordnung einen ersten Reaktionsquerschnitt für eine Reaktion zwischen Ladungsträgern und der Schichtanordnung oder Schicht aufweist, der kleiner ist als ein zweiter Reaktionsquerschnitt für eine Reaktion zwischen Ladungsträgern und dem Körper. Bei mehreren Schichten können die entsprechenden ersten Reaktionsquerschnitte insbesondere gleich oder unterschiedlich gebildet sein.According to a further embodiment it can be provided that one or more layers of the layer arrangement has a first reaction cross-section for a reaction between charge carriers and the layer arrangement or layer, which is smaller than a second reaction cross-section for a reaction between charge carriers and the body. In the case of several layers, the corresponding first reaction cross sections can be formed in particular the same or different.

Ein Reaktionsquerschnitt im Sinne der vorliegenden Erfindung ist insbesondere ein Maß dafür, wie stark oder schwach ein Ladungsträger mit der Schicht oder dem Körper reagiert. Eine solche Reaktion kann beispielsweise eine Anlagerung und/oder ein Eindiffundieren des Ladungsträgers in die Schicht oder in den Körper umfassen. Das heißt also insbesondere, dass die Schicht der Schichtanordnung mit einem Ladungsträger weit weniger wahrscheinlich eine Reaktion durchführt im Vergleich zu einer Reaktion des Körpers mit dem Ladungsträger. Dadurch wird insbesondere in vorteilhafter Weise bewirkt, dass sich bei einem Ladevorgang der galvanischen Zelle weniger Ladungsträger an der Schicht anlagern oder in die Schicht eindiffundieren im Vergleich zu dem Körper. Das bewirkt in vorteilhafter Weise ferner, dass sich die Schicht bei einem Ladevorgang weniger stark ausdehnt im Vergleich zu dem Körper. Dadurch ist in vorteilhafter Weise eine Stressreduktion an der Schnittstelle Substrat-Schicht bewirkt, so dass die Gefahr eines Bruchs oder einer Beschädigung der Schnittstelle bei einem Lade- oder Entladevorgang verringert bis ganz vermieden ist.A reaction cross-section in the sense of the present invention is in particular a measure of how strongly or weakly a charge carrier reacts with the layer or the body. Such a reaction may include, for example, an attachment and / or diffusion of the charge carrier into the layer or into the body. This means, in particular, that the layer of the layer arrangement with a charge carrier is far less likely to react in comparison to a reaction of the body with the charge carrier. As a result, it is particularly advantageously effected that, during a charging process of the galvanic cell, fewer charge carriers are deposited on the layer or diffuse into the layer in comparison with the body. This advantageously also causes the layer to expand less during a charging process compared to the body. As a result, a stress reduction at the interface substrate layer is effected in an advantageous manner, so that the risk of breakage or damage to the interface during a charging or discharging process is reduced to completely avoided.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass eine Schicht der Schichtanordnung inert für Ladungsträger ist.According to a further embodiment it can be provided that a layer of the layer arrangement is inert for charge carriers.

Das heißt also insbesondere, dass die inerte Schicht nicht mit Ladungsträgern reagiert. Das heißt also insbesondere, dass sich bei einem Ladevorgang kein Ladungsträger an dieser inerten Schicht anlagert oder in diese inerte Schicht eindiffundiert. Auch dadurch wird vermieden, dass sich bei einem Ladevorgang die Schicht ausdehnt, so dass auch wieder entsprechend eine Stressreduktion bewirkt ist. Insbesondere können mehrere inerte Schichten vorgesehen sein.This means, in particular, that the inert layer does not react with charge carriers. This means, in particular, that no charge carrier attaches to this inert layer or diffuses into this inert layer during a charging process. This also avoids that the layer expands during a charging process, so that again correspondingly a reduction in stress is effected. In particular, several inert layers can be provided.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass eine Schicht der Schichtanordnung aus einem Metallsilizid gebildet ist oder ein solches oder mehrere Metallsilizide umfasst. Insbesondere können mehrere Schichten oder sämtliche Schichten der Schichtanordnung aus einem Metallsilizid gebildet sein oder ein solches oder mehrere Metallsilizide umfassen.According to a further embodiment it can be provided that a layer of the layer arrangement is formed from a metal silicide or comprises one or more metal silicides. In particular, a plurality of layers or all layers of the layer arrangement may be formed from a metal silicide or comprise one or more metal silicides.

Nach einer Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass das Metallsilizid ein Metallsilizid ausgewählt aus der folgenden Gruppe von Metallsiliziden ist: Nickelsilizid (NiSi), Kobaltsilizid (CoSi), Kupfersilizid (CuSi), Silbersilizid (AgSi) und einer Kombination davon.According to one embodiment, it may be provided that the metal silicide is a metal silicide selected from the following group of metal silicides: nickel silicide (NiSi), cobalt silicide (CoSi), copper silicide (CuSi), silver silicide (AgSi) and a combination thereof.

Nach einer Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass zur Dotierung der Schicht ein Dotand oder mehrere Dotanden ausgewählt aus der folgenden Gruppe von Dotanden gewählt ist: Arsen (As), Phosphor (P), Bor (B), Gallium (Ga), Antimon (Sb), Aluminium (Al), Stickstoff (N), Germanium (Ge) und eine Kombination hiervon.According to one embodiment it can be provided that one dopant or a plurality of dopants selected from the following group of dopants is selected for doping the layer: arsenic (As), phosphorus (P), boron (B), gallium (Ga), antimony (Sb ), Aluminum (Al), nitrogen (N), germanium (Ge) and a combination thereof.

Nach einer Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass der Körper und/oder die Schichtanordnung ein Material oder mehrere Materialien ausgewählt aus der folgenden Gruppe von Materialien umfasst oder aus einem solchen gebildet ist: Silizium (Si), Germanium (Ge), SixGe(1-x), SixC(1-x) (immer x < 1), TiLiO, V2O5, In2O3, Metallsilizid (MeO) und eine Kombination hiervon.According to one embodiment it can be provided that the body and / or the layer arrangement comprises or is formed from one or more materials selected from the following group of materials: silicon (Si), germanium (Ge), Si x Ge (1 -x) , Si x C (1-x) (always x <1), TiLiO, V2O5, In2O3, metal silicide (MeO) and a combination thereof.

Nach noch einer Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass das Substrat als Stromkollektor gebildet ist.According to yet another embodiment, it can be provided that the substrate is formed as a current collector.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die Zelle als Lithium-Zelle, insbesondere als Lithium-Ionen-Zelle, vorzugsweise als Lithium-Schwefel-Zelle, ausgebildet ist.According to a further embodiment it can be provided that the cell is designed as a lithium cell, in particular as a lithium-ion cell, preferably as a lithium-sulfur cell.

Nach einer weiteren Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die galvanische Zelle als Primärzelle, Sekundärzelle oder als Tertiärzelle, das heißt insbesondere als Brennstoffzelle, ausgebildet ist.According to a further embodiment it can be provided that the galvanic cell is designed as a primary cell, a secondary cell or as a tertiary cell, that is to say in particular as a fuel cell.

Nach einer anderen Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass der Körper aus einem Material ausgewählt aus der folgenden Gruppe von Materialien gebildet ist oder ein solches Material umfasst: Silizium, Germanium, SixGe(1-x), SixC(1-x) (immer x < 1), TiLiO, V2O5, In2O3, Metalloxid (MeO) und eine Kombination hiervon. Die vorgenannten Materialien können vorzugsweise dotiert sein, beispielsweise mittels: As und/oder P und/oder B und/oder Ga und/oder Sb und/oder Al und/oder N.According to another embodiment, it can be provided that the body is formed from a material selected from the following group of materials or comprises such a material: silicon, germanium, Si x Ge (1-x) , Si x C (1-x) (always x <1), TiLiO, V2O5, In2O3, metal oxide (MeO) and a combination thereof. The abovementioned materials may preferably be doped, for example by means of: As and / or P and / or B and / or Ga and / or Sb and / or Al and / or N.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Hierbei zeigen:The invention will be explained in more detail below with reference to preferred embodiments. Hereby show:

1 eine bekannte Elektrode einer bekannten galvanischen Zelle, 1 a known electrode of a known galvanic cell,

2 die Elektrode gemäß 1 in einem geladenen Zustand, 2 the electrode according to 1 in a charged state,

3 die Elektrode gemäß 2, abgebrochen vom Substrat, 3 the electrode according to 2 , broken off from the substrate,

4 eine erfindungsgemäße galvanische Zelle, 4 a galvanic cell according to the invention,

5 eine erfindungsgemäße Elektrode, 5 an electrode according to the invention,

6 eine weitere erfindungsgemäße Elektrode, 6 another electrode according to the invention,

7 eine andere erfindungsgemäße Elektrode, 7 another electrode according to the invention,

8 eine weitere erfindungsgemäße Elektrode, 8th another electrode according to the invention,

9 die Elektrode gemäß 5 in einem geladenen Zustand und 9 the electrode according to 5 in a charged state and

10 die Elektrode gemäß 6 in einem geladenen Zustand. 10 the electrode according to 6 in a charged state.

Im Folgenden können für gleiche Merkmale gleiche Bezugszeichen verwendet werden.Hereinafter, like reference numerals may be used for like features.

1 zeigt eine bekannte Elektrode 101 einer bekannten galvanischen Zelle. 1 shows a known electrode 101 a known galvanic cell.

Die Elektrode 101 umfasst einen Stromkollektor 103 als Substrat, auf welchem ein Nanodraht 105 befestigt ist. Hierbei ist der Nanodraht 105 an einem Längsende unmittelbar oder direkt, also ohne irgendwelche Zwischenschichten, mit dem Stromkollektor 103 verbunden oder an diesem unmittelbar befestigt. An dem dem einen Längsende gegenüberliegenden anderen Längsende des Nanodrahts 105 ist eine Katalysatorschicht 107 vorgesehen, die ein Überbleibsel aus einem Aufwachsprozess des Nanodrahts 105 auf dem Stromkollektor 103 ist.The electrode 101 includes a current collector 103 as a substrate on which a nanowire 105 is attached. Here is the nanowire 105 at a longitudinal end directly or directly, so without any intermediate layers, with the current collector 103 connected or directly attached to this. At the opposite one longitudinal end of the other longitudinal end of the nanowire 105 is a catalyst layer 107 provided, which is a remnant of a growth process of the nanowire 105 on the current collector 103 is.

2 zeigt die Elektrode 101 gemäß 1 in einem geladenen Zustand. 2 shows the electrode 101 according to 1 in a charged state.

Bei einem Ladevorgang der galvanischen Zelle lagern sich üblicherweise Ladungsträger wie beispielsweise Lithiumionen an dem Nanodraht 105 an und/oder diffundieren in diesen hinein. Das bewirkt in der Regel eine Volumenänderung bzw. Vergrößerung des Nanodrahts 105. Diese Vergrößerung oder diese Ausdehnung des Nanodrahts 105 ist hier symbolisch mit Pfeilen mit dem Bezugszeichen 201 dargestellt. Gestrichelt dargestellt, gekennzeichnet mit dem Bezugszeichen 203, ist der Nanodraht 105 in einem ungeladenen Zustand zum Vergleich.In a charging process of the galvanic cell usually charge carriers such as lithium ions are deposited on the nanowire 105 on and / or diffuse into it. This usually causes a volume change or enlargement of the nanowire 105 , This enlargement or extension of the nanowire 105 is here symbolic with arrows by the reference numeral 201 shown. Dashed lines indicated by the reference numeral 203 , is the nanowire 105 in an uncharged condition for comparison.

Das Vergrößern des Nanodrahts 205 während eines Ladevorgangs der galvanischen Zelle bewirkt einen erheblichen Stress oder eine erhebliche mechanische Belastung an der Schnittstelle Nanodraht 105 – Stromkollektor 103.The enlargement of the nanowire 205 During charging of the galvanic cell causes significant stress or significant mechanical stress at the nanowire interface 105 - Current collector 103 ,

Als Folge kann es zu einem Bruch kommen, sodass sich der Nanodraht 105 von dem Stromkollektor 103 löst. Dies ist in 3 dargestellt.As a result, a break may occur, resulting in the nanowire 105 from the current collector 103 solves. This is in 3 shown.

Der Bruch und das Lösen bewirken insbesondere einen Verlust an einem elektrischen Kontakt zwischen dem Nanodraht 105 und dem Stromkollektor 103. Das führt in der Regel zu einem Kapazitätsverlust oder sogar Ausfall der galvanischen Zelle.In particular, the breakage and loosening cause a loss of electrical contact between the nanowire 105 and the current collector 103 , This usually leads to a loss of capacity or even failure of the galvanic cell.

4 zeigt eine erfindungsgemäße galvanische Zelle 401. 4 shows a galvanic cell according to the invention 401 ,

Die galvanische Zelle 401 umfasst eine Elektrode 403, die als Anode 405 ausgebildet ist. Des Weiteren umfasst die galvanische Zelle 401 eine weitere Elektrode 407, die als Kathode 409 ausgebildet ist.The galvanic cell 401 includes an electrode 403 that as an anode 405 is trained. Furthermore, the galvanic cell includes 401 another electrode 407 that as a cathode 409 is trained.

Sowohl die Anode 405 als auch die Kathode 409 umfassen jeweils ein elektrisch leitfähiges Substrat 411 respektive 413, welche beispielsweise jeweils als Stromkollektor gebildet sein können. Das heißt also, dass das Substrat für die Anode 405 mit dem Bezugszeichen 411 gekennzeichnet ist. Das Substrat für die Kathode 409 ist mit dem Bezugszeichen 413 gekennzeichnet.Both the anode 405 as well as the cathode 409 each comprise an electrically conductive substrate 411 respectively 413 , which may be formed, for example, each as a current collector. So that means that the substrate for the anode 405 with the reference number 411 is marked. The substrate for the cathode 409 is with the reference numeral 413 characterized.

Für die Anode 405 ist eine elektrisch leitfähige Schichtanordnung 415 vorgesehen, die einen elektrisch leitfähigen Körper 417 mit dem Substrat 411, insbesondere dem Stromkollektor, verbindet. Das heißt also insbesondere, dass der Körper 417 mittelbar über die Schichtanordnung 415 mit dem Substrat 411 elektrisch verbunden ist. Das heißt also insbesondere, dass der Körper 417 nicht in direktem Kontakt mit dem Substrat 411 steht, sondern in indirektem Kontakt.For the anode 405 is an electrically conductive layer arrangement 415 provided that an electrically conductive body 417 with the substrate 411 , in particular the current collector, connects. So that means in particular that the body 417 indirectly via the layer arrangement 415 with the substrate 411 electrically connected. So that means in particular that the body 417 not in direct contact with the substrate 411 stands, but in indirect contact.

Der Körper 417 weist einen ersten Ausdehnungskoeffizienten auf, der von einem Ladungszustand der galvanischen Zelle 401 abhängt. Das heißt also insbesondere, dass je größer der Ladungszustand ist, desto größer ist auch die Ausdehnung des Körpers 417.The body 417 has a first coefficient of expansion, that of a state of charge of the galvanic cell 401 depends. This means, in particular, that the greater the state of charge, the greater the extent of the body 417 ,

Die Schichtanordnung 415 weist einen zweiten Ausdehnungskoeffizienten auf, der ebenfalls von dem Ladungszustand der galvanischen Zelle 401 abhängt. Das heißt also insbesondere, dass sich auch hier die Schichtanordnung 415 sich je mehr ausdehnt, je größer der Ladungszustand ist. Dies muss aber nicht zwingendermaßen so sein. So kann die Schichtanordnung 415 beispielsweise als eine inerte Schichtanordnung gebildet sein, also insbesondere eine oder mehrere inerte Schichten umfassen oder beispielsweise aus solchen gebildet sein. Eine solche inerte Schichtanordnung dehnt sich kaum bis gar nicht aus bei einem Ladevorgang der galvanischen Zelle 401.The layer arrangement 415 has a second coefficient of expansion, which also depends on the state of charge of the galvanic cell 401 depends. This means, in particular, that here too the layer arrangement 415 the more it expands, the greater the state of charge. But this does not necessarily have to be the case. So can the layer arrangement 415 For example, be formed as an inert layer arrangement, ie in particular comprise one or more inert layers or be formed for example of such. Such an inert layer arrangement hardly expands, if at all, during a charging process of the galvanic cell 401 ,

Es ist aber in der erfindungsgemäßen galvanischen Zelle 401 vorgesehen, dass der zweite Ausdehnungskoeffizient kleiner ist als der erste Ausdehnungskoeffizient. Das bewirkt in vorteilhafter Weise, dass sich die Schichtanordnung 415 bei gleichem Ladungszustand der galvanischen Zelle 401 weniger stark ausdehnt als der Körper 417. Das reduziert in vorteilhafter Weise eine mechanische Belastung an der Schnittstelle Schichtanordnung 415 – Substrat 411 und an der Schnittstelle Schichtanordnung 415 – Körper 417. Das heißt also insbesondere, dass mittels der Schichtanordnung 415 sich die mechanische Belastung, die sich aufgrund einer Größenänderung ergibt, über eine Distanz verteilt ist. Es findet also kein abrupter Übergang zwischen Substrat 411 und Körper 417 statt. Vielmehr findet ein sanfter Übergang statt.But it is in the galvanic cell according to the invention 401 provided that the second expansion coefficient is smaller than the first Expansion coefficient. This causes in an advantageous manner that the layer arrangement 415 at the same charge state of the galvanic cell 401 expands less than the body 417 , This advantageously reduces a mechanical load on the interface layer arrangement 415 - Substrate 411 and at the interface layer arrangement 415 - Body 417 , This means in particular that by means of the layer arrangement 415 the mechanical stress resulting from a change in size is distributed over a distance. So there is no abrupt transition between substrate 411 and body 417 instead of. Rather, a smooth transition takes place.

Die galvanische Zelle 401 kann insbesondere einen hier nicht gezeigten Elektrolyten und/oder einen hier nicht gezeigten Separator aufweisen. Die Funktionsweise und entsprechende Anordnung eines solchen Elektrolyten und eines solchen Separators ist dem Fachmann bekannt.The galvanic cell 401 may in particular have an electrolyte not shown here and / or a separator not shown here. The mode of operation and corresponding arrangement of such an electrolyte and such a separator is known to the person skilled in the art.

Das bewirkt in vorteilhafter Weise, dass auch über mehrere Lade- und Entladevorgänge der Körper 417 über die Schichtanordnung 415 zuverlässig mit dem Substrat 411 verbunden ist. Ein Bruch und ein Loslösen des Körpers 417 von dem Substrat 411 wird somit in vorteilhafter Weise vermieden. Eine Lebensdauer der Anode 405 und somit auch der galvanischen Zelle 401 wird somit in vorteilhafter Weise deutlich erhöht.This causes in an advantageous manner that even over several loading and unloading of the body 417 over the layer arrangement 415 reliable with the substrate 411 connected is. A break and a release of the body 417 from the substrate 411 is thus avoided in an advantageous manner. A lifetime of the anode 405 and thus also the galvanic cell 401 is thus significantly increased in an advantageous manner.

Die Kathode 409 ist im Wesentlichen analog zu der Anode 405 aufgebaut. Auch hier ist ein elektrisch leitfähiger Körper 421 vorgesehen, der mittels einer elektrisch leitfähigen Schichtanordnung 419 mit dem Substrat 413, insbesondere dem Stromkollektor, verbunden ist. Die im Zusammenhang mit der Anode 405 gemachten Ausführungen, insbesondere was die Schichtanordnung 415 betrifft, gelten auch für die Kathode 409 und umgekehrt. Hierbei kann insbesondere vorgesehen sein, dass die Schichtanordnungen 419 und 415 gleich oder insbesondere unterschiedlich gebildet sein können. Auch können sich die Körper 417 und 421 vorzugsweise voneinander unterscheiden oder sie können insbesondere gleich gebildet sein.The cathode 409 is essentially analogous to the anode 405 built up. Again, an electrically conductive body 421 provided by means of an electrically conductive layer arrangement 419 with the substrate 413 , in particular the current collector, is connected. That in connection with the anode 405 made statements, in particular as regards the layer arrangement 415 also applies to the cathode 409 and vice versa. In this case, it may in particular be provided that the layer arrangements 419 and 415 may be the same or different in particular. Also, the body can 417 and 421 preferably differ from each other or they can be formed in particular the same.

In nicht gezeigten Ausführungsbeispielen kann vorgesehen sein, dass die Kathode 409 unterschiedlich zu der Anode 405 aufgebaut ist.In embodiments not shown, it may be provided that the cathode 409 different from the anode 405 is constructed.

In nicht gezeigten Ausführungsbeispielen der Erfindung ist vorgesehen, dass mehrere Körper 421 und 415 vorgesehen sind, die mittels entsprechender Schichtanordnungen mit den entsprechenden Substraten verbunden sind. In weiteren nicht gezeigten Ausführungsbeispielen kann vorgesehen sein, dass lediglich eine der beiden Elektroden 403 und 407 einen Körper umfasst, der mit einer Schichtanordnung mit dem entsprechenden Substrat verbunden ist.In non-illustrated embodiments of the invention, it is provided that a plurality of bodies 421 and 415 are provided, which are connected by means of appropriate layer arrangements with the corresponding substrates. In further embodiments, not shown, it may be provided that only one of the two electrodes 403 and 407 comprises a body which is connected to the corresponding substrate with a layer arrangement.

In weiteren nicht gezeigten Ausführungsbeispielen kann vorgesehen sein, dass die galvanische Zelle 401 als Lithiumzelle, insbesondere als Lithiumionenzelle, gebildet ist. Als Ladungsträger können dann insbesondere Lithiumionen vorgesehen sein, die sich bei einem Lade- oder Entladevorgang an den Körpern 417 und 421 anlagern und/oder in diese hineindiffundieren.In further embodiments, not shown, it can be provided that the galvanic cell 401 is formed as a lithium cell, in particular as a lithium-ion cell. In particular, lithium ions can then be provided as charge carriers, which can be applied to the bodies during a charging or discharging process 417 and 421 attach and / or diffuse into them.

In weiteren nicht gezeigten Ausführungsbeispielen der Erfindung ist vorgesehen, dass die Körper 417 und 421 als Nanokörper, die als Nanodrähte gebildet sind, gebildet sind.In further embodiments of the invention, not shown, it is provided that the body 417 and 421 as nanobodies formed as nanowires.

Die galvanische Zelle 401 kann beispielsweise an eine Last 423 angeschlossen werden, um beispielsweise die galvanische Zelle 401 zu entladen. Anstelle der Last 423 kann beispielsweise auch eine elektrische Energiequelle (nicht gezeigt) vorgesehen sein, die die galvanische Zelle 401 aufladen kann.The galvanic cell 401 for example, to a load 423 be connected, for example, the galvanic cell 401 to unload. Instead of the load 423 For example, an electrical energy source (not shown) may be provided, which is the galvanic cell 401 can charge.

5 zeigt eine Elektrode 501 für eine erfindungsgemäße galvanische Zelle, beispielsweise für die galvanische Zelle 401. Die Elektrode 501 kann beispielsweise als Anode oder als Kathode gebildet sein. 5 shows an electrode 501 for a galvanic cell according to the invention, for example for the galvanic cell 401 , The electrode 501 may be formed, for example, as an anode or as a cathode.

Die Elektrode 501 umfasst einen Stromkollektor 503 als Substrat, auf welchem ein Nanodraht 505 mittels einer Schichtanordnung 507 befestigt oder angeordnet ist. Das heißt also insbesondere, dass zunächst auf dem Stromkollektor 503 die elektrisch leitfähige Schichtanordnung 507 gebildet ist. Auf dieser Schichtanordnung 507 ist dann der Nanodraht 505 gebildet. Analog zu den 1 bis 3 kann auch hier der Nanodraht 505 eine Katalysatorschicht 509 aufweisen, die ein Überbleibsel eines Aufwachsprozesses darstellt. Es kann aber auch auf eine solche Katalysatorschicht 509 verzichtet werden oder diese kann insbesondere entfernt werden. Das heißt also insbesondere, dass konkret dieses Ausführungsbeispiel und auch die nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiele stets auch ohne eine solche Katalysatorschicht 509 offenbart sein sollen.The electrode 501 includes a current collector 503 as a substrate on which a nanowire 505 by means of a layer arrangement 507 attached or arranged. So that means in particular that initially on the current collector 503 the electrically conductive layer arrangement 507 is formed. On this layer arrangement 507 then is the nanowire 505 educated. Analogous to the 1 to 3 can also be the nanowire here 505 a catalyst layer 509 which is a remnant of a growth process. But it can also be based on such a catalyst layer 509 be omitted or this can be removed in particular. This means in particular that specifically this embodiment and also the embodiments described below always without such a catalyst layer 509 should be revealed.

In der Elektrode 501 kann insbesondere vorgesehen sein, dass die Schichtanordnung 507 aus einem anderen Material oder einer anderen Zusammensetzung gebildet ist als der Nanodraht 505. Hierbei werden die verwendeten Materialien oder Zusammensetzungen so gewählt, dass der Nanodraht 505 einen ersten Ausdehnungskoeffizienten aufweist, der von einem Ladungszustand der galvanischen Zelle abhängt, wobei dieser erste Ausdehnungskoeffizient größer ist als ein zweiter Ausdehnungskoeffizient der Schichtanordnung 507, der ebenfalls von dem Ladungszustand der galvanischen Zelleabhängen kann.In the electrode 501 can be provided in particular that the layer arrangement 507 is formed of a different material or composition than the nanowire 505 , Here, the materials or compositions used are chosen so that the nanowire 505 a first coefficient of expansion, which depends on a state of charge of the galvanic cell, wherein this first coefficient of expansion is greater than a second coefficient of expansion of the layer arrangement 507 who also from can depend on the state of charge of the galvanic cell.

Die Schichtanordnung 507 weist gemäß 5 ausschließlich eine einzige Schicht auf. Das Vorsehen lediglich einer einzigen Schicht für die Schichtanordnung 507 kann in vorteilhafter Weise einen schnelleren und vereinfachten Herstellungsprozess bewirken. Das kann weiterhin in vorteilhafter Weise Herstellungskosten reduzieren.The layer arrangement 507 according to 5 only a single layer on. The provision of only a single layer for the layer arrangement 507 can advantageously effect a faster and simplified manufacturing process. This can further reduce manufacturing costs in an advantageous manner.

Die in 5 gezeigte Verbindung kann insbesondere auf englisch auch als „single heterojunction” bezeichnet werden, da hier die Schichtanordnung 507 als Verbindung (daher „junction”) lediglich eine (daher „single”) Schicht aufweist, wobei diese in der Regel aus einem anderen (daher „hetero”) Material als der Nanodraht 505 besteht bzw. gebildet ist bzw. solch ein Material umfasst. Auf deutsch könnte dies beispielsweise als eine Einzelheteroverbindung bezeichnet werden.In the 5 In particular, the connection shown in English can also be referred to as "single heterojunction", since here the layer arrangement 507 as a junction (hence "junction") has only one (therefore "single") layer, which usually consists of another (hence "hetero") material than the nanowire 505 consists of or is formed or comprises such a material. In German, this could be referred to as a single hetero connection, for example.

6 zeigt eine weitere Elektrode 601 für eine galvanische Zelle, beispielsweise die galvanische Zelle 401. Die Elektrode 601 kann beispielsweise als Anode oder als Kathode gebildet sein. 6 shows another electrode 601 for a galvanic cell, for example the galvanic cell 401 , The electrode 601 may be formed, for example, as an anode or as a cathode.

In der Elektrode 601 ist der Nanokörper 505 über eine Schichtanordnung 603 mit dem Stromkollektor 503 elektrisch verbunden. Die Schichtanordnung 603 weist vier Schichten 605, 607, 609 und 611 auf. Hierbei ist die Schicht 605 als erste der vier Schichten auf dem Stromkollektor 503 gebildet. Es folgt die Schicht 607, dann die Schicht 609 und schließlich die Schicht 611. Dann folgt der Nanodraht 505.In the electrode 601 is the nanobody 505 over a layer arrangement 603 with the current collector 503 electrically connected. The layer arrangement 603 has four layers 605 . 607 . 609 and 611 on. Here is the layer 605 as the first of the four layers on the current collector 503 educated. It follows the shift 607 , then the shift 609 and finally the shift 611 , Then follows the nanowire 505 ,

Diese vier Schichten 605, 607, 609 und 611 bilden insofern einen Schichtenstapel. Es ist insbesondere vorgesehen, dass eine jeweilige Gitterkonstante von Kristallstrukturen der Schichten sich vom Stromkollektor 503 in Richtung Nanodraht 505 einer Gitterkonstante einer Kristallstruktur des Nanodrahts 505 annähert. Dadurch wird insbesondere in vorteilhafter Weise eine verbesserte Gitteranpassung des Nanodrahts 505 an den Stromkollektor 503 bewirkt. Das heißt also insbesondere, dass auf Kristallstrukturebene gesehen, kein abrupter Übergang zwischen der Kristallstruktur des Stromkollektors 503 zu der Kristallstruktur des Nanodrahts 505 stattfindet. Dies bewirkt in vorteilhafter Weise eine mechanische Stressreduktion an den entsprechenden Schnittstellen.These four layers 605 . 607 . 609 and 611 thus form a layer stack. In particular, it is provided that a respective lattice constant of crystal structures of the layers comes from the current collector 503 in the direction of nanowire 505 a lattice constant of a crystal structure of the nanowire 505 approaches. As a result, in particular advantageously an improved lattice matching of the nanowire 505 to the current collector 503 causes. This means in particular that, seen at the crystal structure level, no abrupt transition between the crystal structure of the current collector 503 to the crystal structure of the nanowire 505 takes place. This advantageously causes a mechanical stress reduction at the corresponding interfaces.

Die Schicht 605 kann beispielsweise aus Ni2Si gebildet sein. In Richtung des Nanokörpers 505 kann dann vorgesehen sein, dass der Anteil an Nickel abnimmt und der Anteil an Silizium zunimmt. So kann beispielsweise die Schicht 607 aus NiSi gebildet sein. Die Schicht 609 kann dann insbesondere aus NiSi2 gebildet sein.The layer 605 may for example be formed from Ni 2 Si. In the direction of the nanobody 505 can then be provided that the proportion of nickel decreases and the proportion of silicon increases. For example, the layer 607 be formed of NiSi. The layer 609 can then be formed in particular from NiSi 2 .

Analoges gilt vorzugsweise für die Schichten 605 bis 611, die beispielsweise eine Silizium-Kohlenstoff-Verbindung umfassen können. So können dann die Anteile an Silizium und/oder an Kohlenstoff der entsprechenden Verbindung in Richtung des Nanodrahts 505 für die einzelnen Schichten abnehmen oder zunehmen.The same applies preferably to the layers 605 to 611 which may comprise, for example, a silicon-carbon compound. Thus, then the proportions of silicon and / or carbon of the corresponding compound in the direction of the nanowire 505 for the individual layers decrease or increase.

Beispielsweise kann die Schicht 605 aus SiC gebildet sein. Die Schicht 607 kann beispielsweise aus Si8C3 gebildet sein. Die Schicht 609 kann beispielsweise aus Si5C2 gebildet sein. Der Nanodraht 505 kann beispielsweise aus Silizium, Germanium, einer Verbindung umfassend Silizium oder Germanium, insbesondere dotiert mit den hier beschriebenen Dotanden, gebildet sein.For example, the layer 605 be formed of SiC. The layer 607 For example, it may be formed of Si 8 C 3 . The layer 609 may for example be formed from Si 5 C 2 . The nanowire 505 For example, it may be formed of silicon, germanium, a compound comprising silicon or germanium, in particular doped with the dopants described herein.

In weiteren nicht gezeigten Ausführungsbeispielen kann vorgesehen sein, dass die Schichtanordnung 603 mehr oder weniger als vier Schichten umfasst.In further embodiments, not shown, it may be provided that the layer arrangement 603 more or less than four layers.

Die in 6 gezeigte Verbindung kann insbesondere auf englisch auch als „multiple heterojunction” bezeichnet werden, da hier die Schichtanordnung 603 als Verbindung (daher „junction”) mehrere Schichten (daher „multiple”) aufweist, wobei diese in der Regel aus anderen (daher „hetero”) Materialien als der Nanodraht 505 bestehen bzw. gebildet sind bzw. solche Materialien umfassen. Auf deutsch könnte dies beispielsweise als eine Multiheteroverbindung bezeichnet werden.In the 6 In particular, the connection shown in English can also be referred to as "multiple heterojunction", since here the layer arrangement 603 as a junction (hence "junction") has multiple layers (hence "multiple"), these usually being of other (hence "hetero") materials than the nanowire 505 consist or are formed or include such materials. In German, this could be referred to as a multihetero connection, for example.

7 zeigt eine andere Elektrode 701 für eine galvanische Zelle, beispielsweise die galvanische Zelle 401. Die Elektrode 701 kann beispielsweise als Anode oder als Kathode gebildet sein. 7 shows another electrode 701 for a galvanic cell, for example the galvanic cell 401 , The electrode 701 may be formed, for example, as an anode or as a cathode.

Hier ist der Nanodraht 505 mittels einer Schichtanordnung 703 mit dem Stromkollektor 503 elektrisch verbunden. Die Schichtanordnung 703 weist eine Kristallstruktur auf, die eine variable in Richtung des Nanodrahts 505 sich einer Gitterkonstante einer Kristallstruktur des Nanodrahts 505 annähernde Gitterkonstante aufweist. Das heißt also insbesondere, dass die Gitterkonstante der Schichtanordnung 703 im Ladezustand, also in einem geladenen Zustand, also insbesondere teil oder voll geladen, über die Distanz Stromkollektor 503 bis Nanodraht 505 nicht konstant, sondern variabel ist, insbesondere sich der Gitterkonstante des Nanodrahts 505 annähernd ausgebildet ist.Here is the nanowire 505 by means of a layer arrangement 703 with the current collector 503 electrically connected. The layer arrangement 703 has a crystal structure that is a variable in the direction of the nanowire 505 a lattice constant of a crystal structure of the nanowire 505 having approximate lattice constant. This means in particular that the lattice constant of the layer arrangement 703 in the state of charge, ie in a charged state, ie in particular partially or fully charged, over the distance current collector 503 to nanowire 505 not constant but variable, in particular the lattice constant of the nanowire 505 is approximately formed.

Auch dadurch wird in vorteilhafter Weise ein sanfter Übergang zwischen der Gitterstruktur des Stromkollektors 503 zu der Gitterstruktur des Nanodrahts 505 bewirkt. Das bewirkt in vorteilhafter Weise ebenfalls eine mechanische Stressreduktion an den entsprechenden Schnittstellen, was eine Bruchgefahr bei einem Lade- oder Entladevorgang erheblich reduziert, wenn nicht gar vermeidet.This also makes a smooth transition between the grid structure of the current collector in an advantageous manner 503 to the lattice structure of the nanowire 505 causes. This causes in an advantageous manner Also reduce mechanical stress at the corresponding interfaces, which significantly reduces, if not avoids, a risk of breakage during a loading or unloading process.

Das Bilden einer solchen variablen Gitterkonstante kann insbesondere dadurch bewirkt werden, dass die Schichtanordnung 703 eine Dotierungskonzentration aufweist, die über die Distanz nicht konstant, sondern ebenfalls variabel ist, insbesondere abnimmt in Richtung des Nanodrahts 505 bzw. abnehmend gebildet ist in Richtung des Nanodrahts 505.The formation of such a variable lattice constant can in particular be effected by the layer arrangement 703 has a doping concentration that is not constant over the distance, but also variable, in particular decreases in the direction of the nanowire 505 or decreasing is formed in the direction of the nanowire 505 ,

Das heißt also insbesondere, dass beispielsweise die Schichtanordnung 703 mit Germanium dotiert sein kann. Hierbei ist dann insbesondere vorgesehen, dass in einem Bereich, der näher zu dem Stromkollektor 503 liegt, die Konzentration an Germanium erhöht ist im Vergleich zu Bereichen, die weiter entfernt von dem Stromkollektor 503, aber näher zu dem Nanodraht 505 liegen. Das heißt also insbesondere, dass eine Konzentration an Germanium von dem Stromkollektor 503 aus gesehen in Richtung des Nanodrahts 505 abnimmt. Anstelle oder zusätzlich von respektive zu Germanium kann beispielsweise Silizium, Kohlenstoff, Gallium, Phosphor, Bor, Antimon, Aluminium, Stickstoff, Arsen oder eine beliebige Kombination der hier vorgenannten Dotanden vorgesehen sein.That means in particular that, for example, the layer arrangement 703 can be doped with germanium. It is then provided in particular that in a region closer to the current collector 503 The concentration of germanium is increased compared to areas farther away from the current collector 503 but closer to the nanowire 505 lie. This means in particular that a concentration of germanium from the current collector 503 out in the direction of the nanowire 505 decreases. Instead of or in addition to germanium, for example, silicon, carbon, gallium, phosphorus, boron, antimony, aluminum, nitrogen, arsenic or any combination of the aforementioned dopants can be provided.

Die Schichtanordnung 703 weist gemäß 7 ausschließlich eine Schicht auf, die aber insbesondere eine sich ändernde Dotierungskonzentration, wie vorgehend beschrieben, aufweist.The layer arrangement 703 according to 7 exclusively a layer, but in particular a changing doping concentration, as previously described, having.

Die in 7 gezeigte Verbindung kann insbesondere auf englisch auch als „graded junction” bezeichnet werden, da hier die Schichtanordnung 703 als Verbindung (daher „junction”) eine variable (daher „graded”) Gitterkonstante aufweist. Auf deutsch könnte dies beispielsweise als eine variable oder abgestufte Verbindung bezeichnet werden.In the 7 In particular, the connection shown in English can also be referred to as a "graded junction", since here the layer arrangement 703 as a junction (hence "junction") has a variable (hence "graded") lattice constant. For example, in German this could be called a variable or graduated connection.

8 zeigt eine weitere Elektrode 801 für eine galvanische Zelle, beispielsweise die galvanische Zelle 401 gemäß 4. Die Elektrode 801 kann beispielsweise als Anode oder als Kathode gebildet sein. 8th shows another electrode 801 for a galvanic cell, for example the galvanic cell 401 according to 4 , The electrode 801 may be formed, for example, as an anode or as a cathode.

In der Elektrode 801 ist der Nanodraht 505 mittels einer Schichtanordnung 803, die elektrisch leitfähig ist, mit dem Stromkollektor 503 verbunden. Hierbei umfasst die Schichtanordnung 803 einen Schichtstapel umfassend die Schichten 605, 607, 609, 611 analog zu der Elektrode 601 gemäß 6. Das heißt also insbesondere, dass die Schichtanordnung 803 eine Schichtanordnung 603 gemäß 6 umfasst.In the electrode 801 is the nanowire 505 by means of a layer arrangement 803 , which is electrically conductive, with the current collector 503 connected. In this case, the layer arrangement comprises 803 a layer stack comprising the layers 605 . 607 . 609 . 611 analogous to the electrode 601 according to 6 , That means in particular that the layer arrangement 803 a layer arrangement 603 according to 6 includes.

Des Weiteren umfasst die Schichtanordnung 803 eine Schichtanordnung 703 gemäß der Elektrode 701 gemäß 7.Furthermore, the layer arrangement comprises 803 a layer arrangement 703 according to the electrode 701 according to 7 ,

Die Schichtanordnung 603 ist vom Stromkollektor 503 in Richtung des Nanodrahts 505 aus gesehen zuerst auf dem Stromkollektor 503 angeordnet. Es folgt dann die Schichtanordnung 703, worauf der Nanodraht 505 angeordnet oder gebildet ist. Das heißt also insbesondere, dass als erste Schicht der Schichtanordnung 803 vom Stromkollektor 503 aus gesehen die Schicht 605 auf dem Stromkollektor 503 gebildet ist. Es folgen die Schichten 605, 607, 609, 611 und 703. Das heißt also insbesondere, dass die Schicht aufweisend die Kristallstruktur mit der variablen Gitterkonstante, hier die einzige Schicht der Schichtanordnung 703, dem Schichtenstapel umfassend die Schichten 605, 607, 609 und 611 vom Stromkollektor 503 aus in Richtung Nanodraht 505 gesehen nachgeordnet gebildet ist.The layer arrangement 603 is from the current collector 503 in the direction of the nanowire 505 first seen on the current collector 503 arranged. It then follows the layer arrangement 703 , whereupon the nanowire 505 arranged or formed. That means in particular that as the first layer of the layer arrangement 803 from the current collector 503 seen from the layer 605 on the current collector 503 is formed. The layers follow 605 . 607 . 609 . 611 and 703 , This means in particular that the layer comprising the crystal structure with the variable lattice constant, here the only layer of the layer arrangement 703 , the layer stack comprising the layers 605 . 607 . 609 and 611 from the current collector 503 out in the direction of nanowire 505 is formed subordinate seen.

Gemäß dieser Schichtanordnung 803 werden also die Schichtanordnungen 603 und 703 gemäß 6 und 7 miteinander kombiniert. Die entsprechenden Vorteile verstärken sich somit in vorteilhafter Weise. Insbesondere kann dadurch ein genau definierter Übergang betreffend die Gitterkonstanten geschaffen werden.According to this layer arrangement 803 So are the layer arrangements 603 and 703 according to 6 and 7 combined together. The corresponding advantages thus increase in an advantageous manner. In particular, this can create a precisely defined transition with regard to the lattice constants.

Die in 8 gezeigte Verbindung kann insbesondere auf englisch auch als „combined junction” bezeichnet werden, da hier die Schichtanordnung 803 als Verbindung (daher „junction”) eine Kombination (daher „combined”) der „multiple heterojunction” und der „graded junction” ist. Auf deutsch kannte dies beispielsweise als eine kombinierte Verbindung bezeichnet werden.In the 8th In particular, the connection shown in English can also be referred to as a "combined junction", since here the layer arrangement 803 as a compound (hence "junction") a combination (hence "combined") is the "multiple heterojunction" and the "graded junction". For example, in German this was known as a combined connection.

9 zeigt die Elektrode 501 gemäß 5 in einem geladenen Zustand. Aufgrund des geladenen Zustandes haben sich der Nanodraht 505 und die Schichtanordnung 507 ausgedehnt. Die entsprechende Ausdehnung oder Größenänderung ist hier symbolisch mit Pfeilen mit dem Bezugszeichen 901 dargestellt. Gestrichelt eingezeichnet und mit dem Bezugszeichen 903 versehen ist die ursprüngliche Form des Nanodrahts 505 und der Schichtanordnung 507 in einem ungeladenen oder weniger geladenen Zustand zum Vergleich. 9 shows the electrode 501 according to 5 in a charged state. Due to the charged state, the nanowire has become 505 and the layer arrangement 507 extended. The corresponding expansion or size change is symbolic here with arrows with the reference numeral 901 shown. Dashed lines drawn and with the reference numeral 903 provided is the original shape of the nanowire 505 and the layer arrangement 507 in an uncharged or less charged state for comparison.

Dadurch aber, dass sich aufgrund der gewählten Ausdehnungskoeffizienten die Schichtanordnung 507 bei gleichem Ladungszustand weniger stark ausdehnt als der Nanodraht 505, tritt an der Schnittstelle Schichtanordnung 507 und Stromkollektor 503 eine geringere mechanische Belastung auf im Vergleich zu bekannten Elektroden, wo der Nanodraht 505 unmittelbar in direktem Kontakt mit dem Stromkollektor 503 steht.As a result, however, that due to the selected expansion coefficient, the layer arrangement 507 under the same state of charge, it expands less than the nanowire 505 , occurs at the interface layer arrangement 507 and current collector 503 a lower mechanical load compared to known electrodes, where the nanowire 505 directly in direct contact with the current collector 503 stands.

10 zeigt die Elektrode 601 gemäß 6 in einem geladenen Zustand. 10 shows the electrode 601 according to 6 in a charged state.

Auch hier dehnt sich analog zu 9 die Schichtanordnung 603 weniger stark aus bei gleichem Ladungszustand als der Nanodraht 505. Aufgrund der gewählten Gitterkonstanten der einzelnen Schichten 605, 607, 609 und 611 dehnen diese sich im Vergleich zueinander bei gleichem Ladungszustand ebenfalls unterschiedlich aus. Hierbei dehnt sich die Schicht 605 von den vier Schichten am wenigsten aus. Die Schichten 607, 609 und 611 dehnen sich in dieser Reihenfolge bei gleichem Ladungszustand stärker aus. Dadurch wird ein gradueller Übergang zwischen dem Stromkollektor 503 und dem Nanodraht 505 hinsichtlich einer Gitterstruktur geschaffen. Das heißt also insbesondere, dass eine verbesserte Gitteranpassung des Gitters bzw. der Gitterstruktur des Nanodrahts 505 an die Gitterstruktur des Stromkollektors 503 bewirkt ist.Here, too, expands analogously 9 the layer arrangement 603 less strong at the same state of charge than the nanowire 505 , Due to the selected lattice constants of the individual layers 605 . 607 . 609 and 611 These also expand differently when compared to each other under the same state of charge. This stretches the layer 605 least of the four layers. The layers 607 . 609 and 611 expand in this order stronger with the same state of charge. This will create a gradual transition between the current collector 503 and the nanowire 505 created with respect to a lattice structure. This means, in particular, that an improved lattice matching of the lattice or the lattice structure of the nanowire 505 to the grid structure of the current collector 503 is effected.

In nicht gezeigten Ausführungsbeispielen kann vorgesehen sein, dass der Nanodraht 505 gemäß den vorgenannten Ausführungsbeispielen der 5 bis 10 auch als ein elektrisch leitfähiger Körper ganz allgemein gebildet sein kann. Insbesondere kann in weiteren nicht gezeigten Ausführungsbeispielen vorgesehen sein, dass der Stromkollektor 503 als Substrat ganz allgemein gebildet sein kann. Für ein solches Substrat oder für den Stromkollektor 503 kann insbesondere vorgesehen sein, dass dieser oder dieses aus einem Material gebildet ist, welches insbesondere inert gegenüber Lithium ist. Das heißt also insbesondere, dass sich in einem solchen Substrat kein Lithium anlagern oder hineindiffundieren kann. Beispielsweise kann ganz allgemein das Substrat oder der Stromkollektor 503 aus Kupfer, Nickel oder einer Kombination hiervon gebildet sein.In embodiments not shown, it may be provided that the nanowire 505 according to the aforementioned embodiments of the 5 to 10 also can be formed as an electrically conductive body in general. In particular, it can be provided in further embodiments, not shown, that the current collector 503 can be formed as a substrate in general. For such a substrate or for the current collector 503 may be provided in particular that this or this is formed of a material which is in particular inert to lithium. This means, in particular, that lithium can not deposit or diffuse into such a substrate. For example, quite generally the substrate or the current collector 503 be formed of copper, nickel or a combination thereof.

Zusammenfassend umfasst die Erfindung also insbesondere den Gedanken, einen elektrisch leitfähigen Körper einer Elektrode einer galvanischen Zelle nicht direkt mit dem Substrat, beispielsweise dem Stromkollektor, zu verbinden, sondern dies mittels einer elektrisch leitfähigen Schichtanordnung zu bewirken, die sich bei gleichem Ladungszustand der galvanischen Zelle weniger stark ausdehnt als der Körper selbst.In summary, therefore, the invention in particular includes the idea of not connecting an electrically conductive body of an electrode of a galvanic cell directly to the substrate, for example the current collector, but to effect this by means of an electrically conductive layer arrangement, which is less at the same charge state of the galvanic cell strongly expands than the body itself.

Claims (9)

Galvanische Zelle (401), umfassend: – eine Elektrode (403), die als Anode (405) ausgebildet ist, – eine weitere Elektrode (407), die als Kathode (409) ausgebildet ist, – wobei zumindest eine der beiden Elektroden (403, 407) ein elektrisch leitfähiges Substrat (411, 413, 503) und mehrere elektrisch leitfähige Körper (417, 421, 505) umfasst, – die jeweils mittels einer elektrisch leitfähigen Schichtanordnung (415, 419) mit dem Substrat (411, 413, 503) verbunden sind, – wobei die Körper (417, 421, 505) jeweils einen von einem Ladungszustand der galvanischen Zelle (401) abhängigen ersten Ausdehnungskoeffizienten aufweisen und – wobei die entsprechenden Schichtanordnungen (415, 419) jeweils einen von dem Ladungszustand der galvanischen Zelle (401) abhängigen zweiten Ausdehnungskoeffizienten aufweisen, – der kleiner als der erste Ausdehnungskoeffizient ist, – wobei der Körper (417, 421, 505) als ein Nanodraht gebildet ist, der indirekt mittels der Schichtanordnung (415, 419) mit dem elektrisch leitfähigen Substrat (411, 413, 503) verbunden ist, – wobei zumindest eine der Schichtanordnungen (415, 419) mehrere Schichten (605, 607, 609, 611) umfasst, die vom Substrat (411, 413, 503) in Richtung des entsprechenden Körpers (417, 421, 505) als Schichtenstapel (603) angeordnet sind, wobei eine jeweilige Gitterkonstante von Kristallstrukturen der Schichten sich vom Substrat (411, 413, 503) in Richtung des Körpers (417, 421, 505) einer Gitterkonstante einer Kristallstruktur des Körpers (417, 421, 505) annähert.Galvanic cell ( 401 ), comprising: - an electrode ( 403 ), which as an anode ( 405 ), - another electrode ( 407 ), which as a cathode ( 409 ), - wherein at least one of the two electrodes ( 403 . 407 ) an electrically conductive substrate ( 411 . 413 . 503 ) and a plurality of electrically conductive bodies ( 417 . 421 . 505 ), in each case by means of an electrically conductive layer arrangement ( 415 . 419 ) with the substrate ( 411 . 413 . 503 ), the bodies ( 417 . 421 . 505 ) each one of a charge state of the galvanic cell ( 401 ) have dependent first expansion coefficients and - wherein the corresponding layer arrangements ( 415 . 419 ) each one of the charge state of the galvanic cell ( 401 ) dependent second coefficient of expansion, - is smaller than the first coefficient of expansion, - wherein the body ( 417 . 421 . 505 ) is formed as a nanowire, which indirectly by means of the layer arrangement ( 415 . 419 ) with the electrically conductive substrate ( 411 . 413 . 503 ) - at least one of the layer arrangements ( 415 . 419 ) multiple layers ( 605 . 607 . 609 . 611 ) formed by the substrate ( 411 . 413 . 503 ) in the direction of the corresponding body ( 417 . 421 . 505 ) as a layer stack ( 603 ) are arranged, wherein a respective lattice constant of crystal structures of the layers from the substrate ( 411 . 413 . 503 ) in the direction of the body ( 417 . 421 . 505 ) a lattice constant of a crystal structure of the body ( 417 . 421 . 505 ) approximates. Galvanische Zelle (401) nach Anspruch 1, wobei das Substrat (411, 413, 503), eine Schicht von zumindest einer der Schichtanordnungen (415, 419) und der entsprechende Körper (417, 421, 505) jeweils eine Kristallstruktur mit einer jeweiligen Gitterkonstante aufweisen, wobei eine Differenz zwischen der Gitterkonstante der Kristallstruktur der Schicht und der Gitterkonstante der Kristallstruktur des Substrats (411, 413, 503) kleiner ist als eine Differenz zwischen der Gitterkonstante der Kristallstruktur des Körpers (417, 421, 505) und der Gitterkonstante der Kristallstruktur des Substrats (411, 413, 503).Galvanic cell ( 401 ) according to claim 1, wherein the substrate ( 411 . 413 . 503 ), a layer of at least one of the layer arrangements ( 415 . 419 ) and the corresponding body ( 417 . 421 . 505 ) each having a crystal structure with a respective lattice constant, wherein a difference between the lattice constant of the crystal structure of the layer and the lattice constant of the crystal structure of the substrate ( 411 . 413 . 503 ) is smaller than a difference between the lattice constant of the crystal structure of the body ( 417 . 421 . 505 ) and the lattice constant of the crystal structure of the substrate ( 411 . 413 . 503 ). Galvanische Zelle (401) nach Anspruch 1 oder 2, wobei eine Schicht (703) von zumindest einer der Schichtanordnungen (415, 419) eine Kristallstruktur umfasst, die eine variable in Richtung des Körpers (417, 421, 505) sich einer Gitterkonstante einer Kristallstruktur des entsprechenden Körpers (417, 421, 505) annähernde Gitterkonstante aufweist.Galvanic cell ( 401 ) according to claim 1 or 2, wherein a layer ( 703 ) of at least one of the layer arrangements ( 415 . 419 ) comprises a crystal structure that is a variable in the direction of the body ( 417 . 421 . 505 ) a lattice constant of a crystal structure of the corresponding body ( 417 . 421 . 505 ) has approximate lattice constant. Galvanische Zelle (401) nach Anspruch 3, wobei die Schicht (703) aufweisend die Kristallstruktur mit der variablen Gitterkonstante dem Schichtenstapel (603) vom Substrat (411, 413, 503) aus gesehen nachgeordnet gebildet ist.Galvanic cell ( 401 ) according to claim 3, wherein the layer ( 703 comprising the crystal structure with the variable lattice constant the layer stack ( 603 ) from the substrate ( 411 . 413 . 503 ) is formed downstream of seen. Galvanische Zelle (401) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei eine Schicht von zumindest einer der Schichtanordnungen (415, 419) einen ersten Reaktionsquerschnitt für eine Reaktion zwischen Ladungsträgern und der entsprechenden Schichtanordnung (415, 419) aufweist, der kleiner ist als ein zweiter Reaktionsquerschnitt für eine Reaktion zwischen Ladungsträgern und dem entsprechenden Körper (417, 421, 505).Galvanic cell ( 401 ) according to one of the preceding claims, wherein a layer of at least one of the layer arrangements ( 415 . 419 ) a first reaction cross-section for a reaction between charge carriers and the corresponding layer arrangement ( 415 . 419 ), which is smaller as a second reaction cross-section for a reaction between charge carriers and the corresponding body ( 417 . 421 . 505 ). Galvanische Zelle (401) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei eine Schicht von zumindest einer der Schichtanordnungen (415, 419) inert für Ladungsträger ist.Galvanic cell ( 401 ) according to one of the preceding claims, wherein a layer of at least one of the layer arrangements ( 415 . 419 ) is inert to charge carriers. Galvanische Zelle (401) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei eine Schicht von zumindest einer der Schichtanordnungen (415, 419) aus einem Metallsilizid gebildet ist.Galvanic cell ( 401 ) according to one of the preceding claims, wherein a layer of at least one of the layer arrangements ( 415 . 419 ) is formed from a metal silicide. Galvanische Zelle (401) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Substrat (411, 413, 503) als Stromkollektor (503) gebildet ist.Galvanic cell ( 401 ) according to one of the preceding claims, wherein the substrate ( 411 . 413 . 503 ) as current collector ( 503 ) is formed. Galvanische Zelle (401) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Zelle als Lithium-Zelle, insbesondere als Lithium-Ionen-Zelle, vorzugsweise als Lithium-Schwefel-Zelle, ausgebildet ist.Galvanic cell ( 401 ) according to one of the preceding claims, wherein the cell as a lithium cell, in particular as a lithium-ion cell, preferably as a lithium-sulfur cell is formed.
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