Ein Forschungsteam unter der Leitung von Chunsheng Wang an der University of Maryland hat eine praktische Lösung für ein langjähriges Problem bei Lithium-Ionen-Batterien entwickelt. Inspiriert von einer in der organischen Chemie weit verbreiteten Reaktion, ermöglichte das Team den kontrollierten Abbau von Batterieelektrolyten, wodurch sich eine stabile Schutzschicht auf der Kathodenoberfläche bilden konnte.
Lithium-Ionen-Batterien könnten langlebiger werden
Auf der Anodenseite von Lithium-Ionen-Batterien befindet sich eine Grenzfläche, die durch den natürlichen Abbau des Elektrolyten entsteht und das System stabilisiert. Da die Kathode jedoch in einer viel stärker oxidierenden Umgebung arbeitet, war die Bildung einer ähnlichen Schutzschicht bisher äußerst schwierig. Herkömmliche Elektrolyte zersetzen sich unter diesen Bedingungen schnell und können die Kathode nicht ausreichend schützen.
Die Forscher zielten darauf ab, dieses Problem durch eine kleine chemische Anpassung zu lösen, die den Elektrolyten empfänglicher für den Elektronentransfer macht. Diese Änderung ermöglicht es dem Elektrolyten, sich nicht zufällig, sondern kontrolliert zu zersetzen und eine homogene Beschichtung auf der Kathode zu bilden. Die resultierende Schicht schützt die Kathode vor chemischem Verfall und erhöht die allgemeine Stabilität der Batterie.
Ein weiterer bemerkenswerter Aspekt der Methode ist ihre Flexibilität. Die Dicke und Struktur der erzeugten Schicht lassen sich anpassen. Eine dickere Beschichtung erhöht die Batterielebensdauer und Stabilität, während eine dünnere Schicht den Ionentransfer beschleunigt und so Leistungs- sowie Energiedichte in den Vordergrund stellt. Dies ermöglicht die Anpassung der Technologie an verschiedene Einsatzszenarien, von Elektrofahrzeugen bis hin zur Netzenergiespeicherung.
Längere Lebensdauer mit bestehenden Zellen
Michel Armand von CIC energiGUNE stellt fest, dass dieser Ansatz ein wichtiger Schritt sein könnte, damit Batterien eine längere Zykluslebensdauer erreichen. Da die verwendeten chemischen Prozesse mit bereits bekannten Methoden der Batterieproduktion kompatibel sind, bietet dies Vorteile bei Sicherheit und Produktionskosten.
Diese chemische Methode, die sich noch in einer frühen Testphase befindet, hat noch nicht eindeutig gezeigt, wie sehr sie die Lebensdauer von Lithium-Ionen-Batterien verlängern kann. Laut den Forschern liegt der größte Vorteil jedoch in der Kompatibilität mit bestehenden Batteriezellen und Produktionslinien. Sobald die erforderlichen Langzeittests abgeschlossen sind, gilt die Marktreife dieses Ansatzes als realistische Option.
