Forschung am Karlsruher Institut für Technologie 09.12.2019, 15:12 Uhr

30 Prozent mehr Power für Lithium-Ionen-Akkus

Lithium-Ionen-Akkus könnten bis zu 30 Prozent mehr Strom speichern. Dies, wenn Materialien des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) zum Einsatz kommen.
Ein KIT-Forscherteam erklärt bislang unverstandene Degradationsmechanismen im Kathodenmaterial für zukünftige Hochenergie-Lithium-Ionen-Batterien
(Quelle: Amadeus Bramsiepe/KIT )
Forscher des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) wollen die Speicherkapazität von Lithium-Ionen-Akkus in Hochenergie-Systemen mittels neuer Materialien um bis zu 30 Prozent erhöhen. Während bislang überwiegend Schichtoxide mit unterschiedlichen Verhältnissen von Nickel, Mangan und Kobalt eingesetzt werden, kommen nun manganreiche Materialien mit Lithium-Überschuss zum Einsatz. Details wurden in der Zeitschrift «Nature Communications» publiziert.
Die KIT-Experten wollen folgendes Problem lösen: Bei der Ein- und Auslagerung von Lithium-Ionen degradiert das Hochenergie-Kathodenmaterial. Das Schichtoxid wandelt sich nach einiger Zeit in eine Kristallstruktur mit sehr ungünstigen elektrochemischen Eigenschaften. Folglich sinkt die mittlere Lade- und Entladespannung von Beginn an, was die Entwicklung von brauchbaren Hochenergie-Lithium-Ionen-Akkus bislang verhinderte.

Schlüssel Kochsalzstruktur

Wie dieser Degradationsprozess abläuft, war bisher nicht vollständig verstanden. «Auf Basis von detaillierten Untersuchungen des Hochenergie-Kathodenmaterials konnten wir zeigen, dass die Degradation nicht direkt, sondern indirekt über die Bildung einer bislang wenig beachteten lithiumhaltigen Kochsalzstruktur abläuft», sagt Weibo Hua, einer der Hauptautoren der Studie. «Ausserdem spielt auch Sauerstoff bei den Reaktionen eine entscheidende Rolle.»
Das KIT-Forschungsteam (v.l.n.r.): Michael Knapp, Sylvio Indris, Weibo Hua und Björn Schwarz
Quelle: Amadeus Bramsiepe/KIT

Wissen für Weiterentwicklung

Neben diesen Ergebnissen zeigt die Studie ausserdem, dass neue Erkenntnisse über das Verhalten einer Batterietechnologie nicht unbedingt direkt aus dem Degradationsprozess stammen müssen: Ihre Entdeckung hatten Weibo und seine beteiligten Kollegen sowie die internationale Wissenschaftler-Community nämlich anhand von Untersuchungen gewonnen, die während der Synthese des Kathodenmaterials durchgeführt wurden.

Autor(in) Florian Fügemann, pte


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