Op til 30 procent mere kapacitet for lithium-ion-batterier

Forskere fra Karlsruhe Institute of Technology (KIT) og samarbejdende institutioner studerede strukturelle ændringer under syntesen af ​​katodematerialer til fremtidige højenergi-lithium-ion-batterier og opnåede nye vigtige resultater om nedbrydningsmekanismer. Disse resultater kan bidrage til udviklingen af ​​batterier med langt højere kapacitet, som derefter ville øge rækkevidden af ​​elbiler. Resultaterne er rapporteret i Naturkommunikation .

Indtil nu, gennembrud af elektrisk mobilitet er blevet hæmmet af utilstrækkelig rækkevidde, blandt andre. Lithium-ion-batterier med øget ladekapacitet kan hjælpe. "Vi er i gang med at udvikle sådanne højenergisystemer, " siger professor Helmut Ehrenberg, Leder af Institute for Applied Materials — Energy Storage Systems (IAM-ESS). "Baseret på grundlæggende forståelse af elektrokemiske processer i batterier og ved innovativ brug af nye materialer, lagerkapaciteten for lithium-ion-batterier kan efter vores mening øges med op til 30 %." Hos KIT, denne forskning udføres ved Center for Electrochemical Energy Storage Ulm &Karlsruhe (CELEST), den største tyske forskningsplatform for elektrokemisk energilagring. Ehrenberg er vicetalsmand for CELEST.

Højenergi lithium-ion teknologi adskiller sig fra den konventionelle teknologi ved et specifikt katodemateriale. I stedet for lagdelte oxider med varierende nikkelforhold, mangan, og kobolt, der er blevet brugt hidtil, manganrige materialer med lithiumoverskud påføres, som forbedrer energilagringskapaciteten betydeligt pr. volumen/masse af katodemateriale. Imidlertid, brugen af ​​disse materialer har hidtil været forbundet med et problem.

Under indsættelse og ekstraktion af lithiumioner, dvs. grundlæggende funktion af et batteri, højenergi katodematerialet nedbrydes. Efter en vis tid, det lagdelte oxid omdannes til en krystalstruktur med meget ugunstige elektrokemiske egenskaber. Som en uønsket konsekvens, den gennemsnitlige lade- og afladningsspænding falder fra begyndelsen af ​​processen, hvilket har forhindret udviklingen af ​​egnede højenergi-lithium-ion-batterier indtil videre.

Nye fund om nedbrydning

Den nøjagtige nedbrydningsmekanisme blev langt fra forstået fuldstændigt. Et team af forskere fra KIT og samarbejdende institutioner har nu beskrevet den grundlæggende mekanisme i Naturkommunikation :"Baseret på detaljerede undersøgelser af højenergi katodematerialet, vi fandt ud af, at nedbrydning ikke finder sted direkte, men indirekte via dannelsen af ​​en hidtil næppe bemærket lithiumholdig stensaltstruktur, " siger Weibo Hua (IAM-ESS), en af ​​hovedforfatterne til undersøgelsen. "Ud over, ilt spiller en vigtig rolle i reaktionerne." Bortset fra disse resultater, undersøgelsen afslører også, at nye resultater om opførsel af en batteriteknologi ikke nødvendigvis behøver at være et resultat af nedbrydningsprocessen. Weibo og de andre involverede forskere gjorde deres opdagelse i undersøgelser udført under syntetisering af katodematerialet.

Disse resultater af KIT markerer en vigtig milepæl på vejen mod højenergi-lithium-ion-batterier til elbiler. De muliggør test af nye tilgange til at minimere nedbrydning i lagdelte oxider og starte den egentlige udvikling af denne nye batteritype.