Forscher entwickeln Lithium-Metall-Batterie mit Energiedichte von 560 Wattstunden pro Kilogramm

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Forscher des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) haben in Kooperation mit der Universität Ulm gegründeten Helmholtz-Institut Ulm (HIU) eine vielversprechende Lithium-Metall-Batterie entwickelt. Sie setzten dafür eine neue Materialkombination aus Kathode und Elektrolyt ein. Die Forscher verwendeten eine kobaltarme, nickelreiche Schichtkathode (NCM88), die eine hohe Energiedichte bietet, wie sie im Fachmagazin „Joule“ veröffentlichten. Anstelle des kommerziell erhältlichen organischen Elektrolyten (LP30) setzten sie einen schwerflüchtigen, nicht entflammbaren ionischen Flüssigelektrolyten mit zwei Anionen (ILE) ein. Damit lasse sich die schwindende Stabilität und sinkende Speicherkapazität mit steigender Zyklenzahl vermeiden, die bei dem Einsatz von LP30 zu verzeichnen ist. „Mithilfe des ILE lassen sich die Strukturveränderungen an der nickelreichen Kathode wesentlich eindämmen“, erklärte Guk-Tae Kim von der Forschungsgruppe Elektrochemie der Batterien am HIU.

Mit dem ionischen Flüssigelektrolyten ILE (rechts) lassen sich Strukturveränderungen an der nickelreichen Kathode NCM88 weitgehend vermeiden; die Kapazität der Batterie bleibt über 1 000 Ladezyklen zu 88 Prozent erhalten.

Abbildung: Fanglin Wu und Dr. Matthias Künzel, KIT/HIU

Das Ergebnis kann sich sehen lassen: Die Lithium-Metall-Batterie erreicht mit der Kathode NCM88 und dem Elektrolyten ILE eine Energiedichte von 560 Wattstunden pro Kilogramm, wie die Forscher erklären. Sie weist anfänglich eine Speicherkapazität von 214 Milliamperestunden pro Gramm auf. Über 1000 Ladezyklen bleibt die Kapazität zu 88 Prozent erhalten. Die Coulomb-Effizienz, die das Verhältnis zwischen entnommener und zugeführter Kapazität angibt, beträgt den Wissenschaftlern zufolge durchschnittlich 99,94 Prozent. Die Forscher sehen ihre Entwicklung als wichtigen Schritt auf dem Weg zur kohlenstoffneutralen Mobilität. Elektroautos könnten so künftig mit vergleichsweise leichten, aber reichweitenstarken Batterien ausgestattet werden.

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