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

Forscher an der Karlsruher Institut für Technologie (KIT) und die Helmholtz-Institut Ulm in Deutschland eine Lithium-Metall-Batterie mit einer hohen Energiedichte von 560 Watt pro Kilogramm und einer Speicherkapazität von 214 Milliampere pro Gramm entwickelt. Auch der Akku ist extrem stabil. Mindestens 88 % der Kapazität bleiben auch nach 1000 Lastzyklen 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 Elektrolyt und Metallteilen stattfindet.

Der Trick, den die Forscher entdeckten, bestand darin, eine nickelhaltige Kathode (einen der Pole in einer Batterie) als Ausgangspunkt zu verwenden, kombiniert mit einem neuartigen Elektrolyten (der Flüssigkeit oder dem Material zwischen den beiden Polen).

LP30

Für die Forschung – veröffentlicht in der Zeitschrift Joule Versuche wurden zunächst mit einer kobaltarmen, nickelreichen Kathode vom Typ NCM88 zusammen mit einem handelsüblichen Elektrolyten (LP30) durchgeführt.

Nach tausend Ladezyklen sank die Kapazität dieses Akkus auf unter 40%. Für ein Elektroauto ist das eindeutig nicht genug. Das bedeutet, dass wir viel öfter an einer Ladestation anhalten müssen.

„Das Problem mit dem LP30-Elektrolyten ist, dass kleine Risse in der Kathode entstehen“, sagt Stefano Passerini, Leiter des Projektteams Elektrochemie am Helmholtz-Institut. „In den Rissen reagiert der Elektrolyt und zerstört die Struktur. Außerdem bildet sich auf der Kathode eine Lithiummoos-ähnliche Schicht, die die Energiekapazität weiter schwächt.

Lösung

Die Lösung bestand darin, LP30 durch einen flüchtigen, nicht brennbaren ionischen Flüssigelektrolyten mit zwei . zu ersetzen Anion (MIT).

„Mit Hilfe von ILE konnten wir die strukturellen Veränderungen in der Kathode deutlich begrenzen“, sagt Guk-Tae Kim, einer der Forscher.

Warum spielt es eine Rolle?

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

Nachteilig ist jedoch die geringe Energiedichte im Verhältnis zur Masse. Mit anderen Worten, ein Lithium-Ionen-Akku braucht viel Platz. Bei der Lithium-Metall-Batterie ist die Masse weniger wichtig. Dort geht es um Stabilität, und hier scheinen die Deutschen jetzt auf dem richtigen Weg zu sein.

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