Ein südkoreanisches Forschungsteam hat eine neue Methode entwickelt, um Lithium-Metall-Batterien sicherer und langlebiger zu machen und sie der Marktreife näher zu bringen. Diese Forschung gibt Anlass zu Hoffnung für die Zukunft von Elektrofahrzeugen und der Energiespeicherung im großen Maßstab.
Unter der Leitung von Dr. Jungdon Suk am Korea Institute of Chemical Technology (KRICT) erfand das Forschungsteam eine spezielle „Transferdruck“-Technik.
Diese Technik ermöglicht die Erzeugung einer Schutzschicht auf der Lithiumoberfläche, ohne dass giftige chemische Lösungsmittel verwendet oder die empfindliche Lithiumschicht beschädigt werden muss – eine große Herausforderung, die die Entwicklung der Lithium-Metall-Batterietechnologie jahrelang verlangsamt hat.
Lithium-Metall-Batterien: Die neue Energierevolution?
Im Gegensatz zu herkömmlichen Lithium-Ionen-Batterien mit Graphitkathode verwenden Lithium-Metall-Batterien reines Lithium, das eine zehnmal höhere Energiedichte aufweist. Dadurch kann mehr Energie in einer deutlich kleineren und leichteren Batterie gespeichert werden.
Dies ist die Kerntechnologie für fortschrittliche Batterien wie Festkörperbatterien und Lithium-Schwefel-Batterien. Metallisches Lithium hat jedoch eine fatale Schwäche: Beim Laden/Entladen können auf der Lithiumoberfläche winzige nadelartige Fasern, sogenannte Dendriten, wachsen.
Wenn sie groß genug werden, können sie Kurzschlüsse, Brände oder einen vollständigen Batterieausfall verursachen. Der bahnbrechende Ansatz aus Korea besteht darin, dass sie eine indirekte Methode verwendet haben.
Prototyp einer Lithium-Metall-Batterie, entwickelt vom Forschungsteam. Foto: KRICT – Jungdon Suk
Um Dendriten zu verhindern, werden traditionell Schutzbeschichtungen mit flüssigen Lösungsmitteln direkt auf das Lithium aufgetragen. Dadurch kann es jedoch leicht zu Verunreinigungen und Beschädigungen der Lithiumoberfläche kommen, was die Massenproduktion äußerst schwierig macht.
Das KRICT-Team hat diesen Prozess auf den Kopf gestellt. Sie formen die Schutzschicht auf einer anderen Oberfläche vor und „kleben“ sie dann vorsichtig mit Druck auf das Lithium – ähnlich wie beim Aufbringen eines Aufklebers.
Das Verfahren heißt Rolle-zu-Rolle-Transferdruck. Es ist sauber, skalierbar und beschädigt das Lithium nicht. Sie entwickelten zwei Arten von Schutzschichten, eine aus einer Legierung aus Aluminiumoxid und Gold. Die andere ist ein Hybridmaterial aus Keramik und flexiblem Polymer.
Beide sind nur etwa 5 Mikrometer dick, können aber große Flächen abdecken, wodurch das Wachstum von Dendriten verhindert und die Lithiumionen effizienter zwischen der Elektrode und dem Elektrolyt transportiert werden.
In Tests behielten geschützte Batterien nach 100 Ladezyklen mehr als 81 % ihrer Kapazität – doppelt so viel wie ungeschütztes Lithium – und blieben sogar beim Schnellladen stabil.
Lithium-Ionen-Batterien erfreuen sich großer Beliebtheit, doch die Explosionsgefahr ist heute das größte Problem. Foto: Gen AI
Dem Team gelang es, einen Batterieprototyp mit den Abmessungen 245 × 50 mm herzustellen, was der halben Größe einer AAA-Batterie entspricht. Dies beweist, dass er für die Produktion im industriellen Maßstab geeignet ist.
Wissenschaftler glauben, dass diese Methode die Kommerzialisierung von Lithium-Metall-Batterien beschleunigen könnte, insbesondere für Elektrofahrzeuge und große Energiespeichersysteme, und dass sie auch auf neue Batterietechnologien wie Festkörperbatterien und Lithium-Schwefel-Batterien angewendet werden könnte.
„Dies ist eine der praktischsten Lösungen zur Realisierung hochenergetischer Lithium-Metall-Batterien“, sagte Dr. Young-Kuk Lee, Vorsitzender von KRICT, und betonte das Potenzial der Technologie, Koreas Position in der globalen Batterie-Lieferkette zu stärken.
Quelle: https://khoahocdoisong.vn/pin-lithium-kim-loai-xoa-noi-lo-chay-no-post2149042593.html
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