- Forschern ist ein Durchbruch bei anodenfreien Lithium-Ionen-Batterien gelungen
- Ein neuer Gelelektrolyt könnte eines der größten Probleme der Technologie lösen
- Dies könnte eine längere Lebensdauer und Sicherheit der Lithium-Ionen-EV-Zellen ermöglichen
Forscher der Columbia University School of Engineering and Applied Science behaupten, einen neuen Gelelektrolyten entwickelt zu haben, der zur Stabilisierung anodenfreier Lithium-Ionen-Batterien beitragen soll. Dies sollte die Sicherheit und Langlebigkeit dieser neuen Batterietechnologie verbessern und gleichzeitig Kosteneinsparungen für die Hersteller mit sich bringen.
Anodenfreie Lithium-Ionen-Batterien werden seit mehreren Jahren erforscht. Ein südkoreanisches Forschungsteam nutzte letztes Jahr eine anodenfreie Lithium-Metall-Batteriearchitektur, um die Volumendichte einer Batterie zu verdoppeln, ohne ihre Größe zu erhöhen.
Durch den Wegfall der Anode wird mehr Innenraum frei, wodurch eine größere Menge an aktivem Material in das gleiche Volumen gepackt werden kann. Dies sei so, als würde man es schaffen, mehr Kraftstoff in den gleichgroßen Kraftstofftank zu pressen Interessante Technik.
Die größten Probleme dieser Technologie waren Sicherheit und Langlebigkeit der Batterie, da anodenfreie Lithium-Metall-Batterien während der Ladevorgänge unter ungleichmäßiger Lithiumablagerung litten.
Dies bedeutet, dass das Lithium scharfe, nadelartige Strukturen (sogenannte Dendriten) bilden kann, die interne Komponenten durchdringen und gefährliche Kurzschlüsse und thermische Durchgänge verursachen können.
Aber gem Interessante TechnikIn der Studie werden Forschungsergebnisse zitiert, die erstmals in der Fachzeitschrift Joule veröffentlicht wurden. Forscher der Columbia University School of Engineering and Applied Science haben eine Lösung für dieses Problem in einem Gelelektrolyten gefunden.
Um für einen Moment ganz technisch zu werden: Das Team verwendete in seinem Elektrolytdesign ein „parasitäres salzphobes Polymernetzwerk“, das „Lithiumionen selektiv abstößt und gleichzeitig Lösungsmittelmoleküle anzieht“.
Vereinfacht ausgedrückt ist der Gelelektrolyt auf der Nanoskala in verschiedene Zusammensetzungen unterteilt. Dadurch kann sich auf der Lithiumoberfläche eine Schutzschicht bilden, die die Bildung schädlicher Dendriten verhindert.
Bei Laborexperimenten stellten die Forscher fest, dass der Gelelektrolyt unter nahezu realen Bedingungen über 80 % seiner Kapazität beibehielt und gleichzeitig die thermische Stabilität der Batterie verbesserte, was bedeuten würde, dass ein Elektrofahrzeug weniger Energie beim Heizen oder Kühlen des Akkus für optimale Betriebstemperaturen verbraucht.
Offenbar überstand der Gelelektrolyt auch ausgedehnte Bohrungen ohne thermisches Durchgehen. Im Gegensatz dazu entzündeten oder explodierten Batterien mit herkömmlichen flüssigen Elektrolyten während des Tests.
Die Forscher glauben, dass ein Gelelektrolyt in einer anodenfreien Lithium-Ionen-Batterie in der realen Anwendung zu Elektrofahrzeugpaketen mit größerer Energiedichte, längerer Lebensdauer und sichererem Betrieb führen könnte – und das alles ohne die Kosten, die mit der Entwicklung völlig neuer Elektrolytformulierungen verbunden sind.
Analyse: In Lithium steckt noch Leben
Ein Großteil der Gespräche über die Zukunft von Elektrofahrzeugen dreht sich um Festkörperbatteriepaketedie als „heiliger Gral” Antwort auf viele Probleme von Elektrofahrzeugen, wie z. B. langsame Ladegeschwindigkeiten, geringe Reichweite, zu schwere Rucksäcke und anhaltende Sicherheitsprobleme.
Aber die Technologie steckt noch in den Kinderschuhen und trotz einiger chinesisch Obwohl Unternehmen behaupten, dass sie es in die Produktion treiben, bleibt es ein viel teureres Angebot als die aktuellen Lithium-Ionen-Angebote.
„Die Lithium-Ionen-Technologie hat noch viel zu bieten“, erklärt Akhil Krishnan, VP Product Line für den Volvo EX60. „Natürlich bin ich gespannt auf die Zukunft der Festkörpertechnologie, aber bei der Lithium-Ionen-Technologie haben wir bereits große Fortschritte gemacht“, fügt er hinzu.
In Zusammenarbeit mit Breathe, einem Unternehmen für Batteriesoftware, das mithilfe von Simulationen und Modellen dabei hilft, das Beste aus den Batterien von Elektrofahrzeugen herauszuholen, hat Volvo bewiesen, dass die Lithium-Ionen-Technologie funktioniert. Der kommende Volvo EX60 verfügt über eine WLTP-Reichweite von über 500 Meilen und konstante Schnellladegeschwindigkeiten unter allen Bedingungen.
Yan Zhao, Mitbegründer von Breathe Battery Technologies, sagt, dass es eine der bisher schwierigsten Aufgaben sein wird, die nächsten 25 % der Autokäufer davon zu überzeugen, auf Elektroautos umzusteigen. „Ihre Kaufentscheidungen werden sehr preissensibel sein“, sagt er.
Hier können Verbesserungen bei Lithium-Ionen-Batterien helfen, da sie eine größere Reichweite und schnellere Ladegeschwindigkeiten ermöglichen, ohne die Kosten neuer Batterietechnologien an die Kunden weiterzugeben.
Wie beim Verbrennungsmotor, der auch nach mehr als einem Jahrhundert immer noch Leistungs- und Effizienzsteigerungen verzeichnet, wird die Lithium-Ionen-Technologie den Experten zufolge erst in den nächsten drei bis fünf Jahren besser werden.
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