KIT und Helmholtz-Institut Alternative zu Lithium-Ionen? Rekordverdächtige Batterie entwickelt

Redakteur: Peter Königsreuther

Forschern zweier renommierter deutscher Institute könnte auf der Suche nach einer Alternative zur Lithium-Ionen-Batterie nun ein Durchbruch gelungen sein.

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Mit einer ganz speziellen Kombination aus Kathode und Elektrolyt wollen Forschende am HIU in Ulm und am KIT in Karlsruhe Lithium-Metall-Batterien entwickeln, deren Energiedichte rekordverdächtige 560 Wattstunden pro Kilogramm erreicht.
Mit einer ganz speziellen Kombination aus Kathode und Elektrolyt wollen Forschende am HIU in Ulm und am KIT in Karlsruhe Lithium-Metall-Batterien entwickeln, deren Energiedichte rekordverdächtige 560 Wattstunden pro Kilogramm erreicht.
(Bild: A. Bramsiepe / KIT)

Forscher des Karlsruher Institut für Technologie (KIT) und des Helmholtz-Institut Ulm (HIU) haben eine neuartige Lithium-Metall-Batterie entwickelt. Es sei ihnen gar gelungen, mit 560 Wattstunden pro Kilogramm einen neuen Rekord bei der Energiedichte zu erreichen. Auch das für diesen Batterietyp gängige Problem der unzureichenden Stabilität wollen die Forscher gelöst haben.

Darüber hinaus lesen sich die Daten beeindruckend: Die Batterie weist anfänglich eine Speicherkapazität von 214 Milliamperestunden pro Gramm (mAh/g) auf. Nach über 1.000 Ladezyklen bleibe immer noch eine Kapazität von 88 Prozent erhalten. Die sogenannte Coulomb-Effizienz, die das Verhältnis zwischen entnommener und zugeführter Kapazität angibt, beträgt durchschnittlich 99,94 Prozent.

chemisch reagieren.

Worauf die Forscher setzen

Wie ist den Forschern das gelungen? Sie verwendeten eine kobaltarme aber nickelreiche Schichtkathode (NCM88). Diese ist für die hohe Energiedichte verantwortlich. In Kombination mit den herkömmlichen organischen Elektrolyten (LP30) ließe die Stabilität allerdings stark zu wünschen übrig. Denn die Speicherkapazität sinkt mit steigender Zahl der Ladezyklen.

Professor Stefano Passerini, Direktor des HIU und Leiter der Forschungsgruppe Elektrochemie der Batterien, erklärt: „Im Elektrolyten LP30 entstehen Partikelrisse an der Kathode. Innerhalb dieser Risse reagiert der Elektrolyt und zerstört die Struktur.“ Zudem bildet sich eine dicke moosartige, lithiumhaltige Schicht auf der Kathode aus, wie es weiter heißt.

Die Forschenden setzten deshalb auf einen schwer flüchtigen, nicht entflammbaren ionischen Flüssigelektrolyten mit zwei Anionen (ILE). „Damit lassen sich die Strukturveränderungen an der nickelreichen Kathode stark eindämmen“, erläutert Guk-Tae Kim von der Forschungsgruppe am HIU.

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