Deutsche Forscher sind auf dem Weg zu einer leistungsstarken und stabilen Lithium-Metall-Batterie

Forscher bei Karlsruer Institut für Technologie (KIT) und Helmholtz-Institut Ulm Deutschland hat einen Lithium-Metall-Akku mit einer hohen Energiedichte von 560 Wh/kg und einer Speicherkapazität von 214 mAh/g entwickelt. Der Akku ist außergewöhnlich stabil. Mindestens 88 % der Kapazität bleiben auch nach 1.000 Ladezyklen erhalten.

Es ist seit langem bekannt, dass Lithium-Metall-Batterien eine höhere Energiedichte aufweisen als herkömmliche Lithium-Ionen-Batterien. Das Problem liegt in der chemischen Reaktion, die zwischen dem Elektrolyten und den metallischen Teilen stattfindet.

Der Trick, den die Forscher entdeckten, bestand darin, die nickelhaltige Kathode (eine der Elektroden der Batterie) als Ausgangspunkt für einen neuartigen Elektrolyten (die bipolare Flüssigkeit oder Substanz) zu verwenden.

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Für die Forschung – veröffentlicht im Magazin Joule Die Tests wurden zunächst mit einer niedrig-kobaltreichen Nickelkathode vom Typ NCM88 zusammen mit einem handelsüblichen Elektrolyten (LP30) durchgeführt.

Nach tausend Ladezyklen ist die Kapazität dieses Akkus auf unter 40 % gesunken. Für ein Elektroauto ist das eindeutig nicht genug. Dies bedeutet, dass Sie häufig an der Ladestation anhalten.

„Das Problem mit dem LP30-Elektrolyten ist, dass kleine Risse in der Kathode entstehen“, sagt Stefano Passerini, Leiter des Projektteams Elektrochemie am Helmholtz-Institut. Innerhalb dieser Risse reagiert der Elektrolyt und zerstört die Struktur. Außerdem bildet sich auf der Kathode eine Lithiumalgen-ähnliche Schicht, die die Leistungsfähigkeit weiter verschlechtert.“

Lösung

Die Lösung bestand darin, das LP30 durch eine flüchtige, nicht brennbare ionische flüssige Elektrolytlösung mit zwei . zu ersetzen Anionen (Mit).

„Mit Hilfe von ILE konnten wir die Strukturveränderungen an der Kathode deutlich reduzieren“, sagt Guk-Tae Kim, einer der Forscher.

Warum ist das wichtig?

Die Welt der Wissenschaft verfolgt alle Durchbrüche auf diesem Gebiet aufmerksam. Die meisten Elektroautos fahren derzeit mit Lithium-Ionen-Batterien. Dies ist eine zuverlässige Technologie, die auch in Mobiltelefonen verwendet wird.

Nachteilig ist jedoch die geringe Energiedichte bezogen auf die Masse. Mit anderen Worten, ein Lithium-Ionen-Akku braucht viel Platz. Bei einer Lithium-Metall-Batterie ist die Masse kein Problem. Es geht darum, sich dort niederzulassen, und hier scheinen die Deutschen jetzt auf dem richtigen Weg zu sein.

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