Deutsche Wissenschaftler haben eine neue Kombination aus Kathoden und Elektrolyten eingesetzt, um die Stabilität von Lithium-Metall-Batterien zu verbessern. Sie stellten ein Gerät mit einer Energiedichte von 560 Wattstunden pro Kilogramm und einem Coulomb-Wirkungsgrad von 99,94 % her.

Die nickelreichen Kathoden und ionischen Flüssigelektrolyte in der Batterie ermöglichen eine hohe Energiedichte bei guter Stabilität.

Bild: Karlsruher Institut für Technologie (KIT)

Deutsche Forscher Karlsruher Institut für Technologie (KIT) und das Helmholtz-Institut Ulm (HIU) haben ein Lithium-Metall-Batterie mit einer neuen Kombination aus Kathoden und Elektrolyte, wer ihrer Meinung nach dem Gerät helfen kann erreichen eine Energiedichte von 560 Wattstunden pro Kilogramm.

Die Batterie basiert auf a eine kobaltarme, nickelreiche Schichtkathode, bekannt als NCM88, von der die Wissenschaftler glauben, dass sie eine hohe Energiedichte und eine verbesserte Stabilität für die Batterie im Vergleich zu kommerziell erhältlichen organischen Elektrolyten bietet, die als LP30 bekannt sind. „Beim LP30-Elektrolyten treten an der Kathode Partikelrisse auf“, erklärt Stefano Passerini, Professor am HIU. „In diesen Rissen reagiert der Elektrolyt und zerstört die Struktur und auf der Kathode bildet sich eine dicke, schaumartige Lithiumschicht.“

Diese Reaktion wirkt sich den Forschern zufolge negativ auf die Stabilität von Batterien aus und ist derzeit das Hauptproblem, das deren technische und kommerzielle Reife verhindert. Um dieses Problem zu lösen, verwendeten sie einen schwerflüchtigen, nicht brennbaren ionischen Flüssigelektrolyten (ILE), der zwei Anionen namens Bis(fluorsulfonyl)imid (FSI) und Bis(trifluormethansulfonyl)imid (TFSI) enthält.

Sie erklärten weiter, dass die Kombination der neuen Kathode und des Elektrolyten die Bildung einer kathodischen Elektrolyt (IEC)-Zwischenphasenschicht im Elektrolyten fördert, die die Oberfläche des NCM88 vor unerwünschten Reaktionen mit dem Elektrolyten selbst schützt und so die Bildung von Mikrorissen verhindert. Der duale Anionenelektrolyt soll auch mit Lithiummetall und dem für die Vorrichtung verwendeten positiven Hochspannungselektrodenmaterial kompatibel sein.

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„Dieser Elektrolyt erlaubt eine anfängliche spezifische Kapazität von 214 mAh g-1 und eine außergewöhnliche Kapazitätserhaltung von 88 % über 1000 Zyklen mit einem durchschnittlichen Coulomb-Wirkungsgrad von 99,94 % “, sagte die deutsche Gruppe und stellte fest, dass die neue Elektrolytkonfiguration die strukturelle Veränderungen in der nickelreichen Kathode. Der Coulomb-Wirkungsgrad ist das Verhältnis zwischen Entladekapazität und Ladekapazität im gleichen Zyklus.

Alle Details zum Akku finden Sie im Papier Dualer anionischer ionischer Flüssigelektrolyt ermöglicht stabile Ni-reiche Kathoden in Lithium-Metall-Batterien, die kürzlich in . veröffentlicht wurde Joule.

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