Lithium-Metall-Batterien gelten als eine der vielversprechendsten für Elektrofahrzeuge. Die maximale theoretische Kapazität von Lithium-Metall-Batterien ist mehr als doppelt so hoch wie die von Lithium-Ionen-Batterien. Die Batterien der Zukunft können bis zu 500 Wh/kg speichern, was die Laufleistung von Elektroautos mit einer einzigen Batterieladung verdoppelt. Das Problem des schnellen Abbaus von Batterien mit reinem Lithium in der Anode blieb bestehen, aber die Amerikaner haben es bewältigt.
Forscher des Pacific National Laboratory (PNNL) des US-Energieministeriums haben herausgefunden, dass es möglich ist, die Lebensdauer von Lithium-Metall-Batterien ohne signifikanten Abbau der Anode zu verlängern. Bisher wurde vorgeschlagen, dafür eine dickere Lithiumschicht auf die Anode aufzubringen. Doch chemische Prozesse zerstörten im Laufe vieler Lade- und Entladezyklen immer noch das Lithium und damit die Anode, was zu einem rapiden Kapazitätsabfall führte.
Das Geheimnis der Neuentwicklung von PNNL liegt in der Verwendung von dünnen Lithiumstreifen an der Anode anstelle einer massiven Dickschicht. Wie sich herausstellte, schaffen die 20 Mikrometer dicken Streifen solche Bedingungen für chemische Reaktionen an der Anode, bei denen der Abbau des Materials deutlich reduziert wird (Artikel in Nature Energy).
Basierend auf diesem Prinzip hielt die Anode einer Lithium-Metall-Batterie 600 Ladezyklen stand und behielt 76 % ihrer Kapazität bei. Auch die Energiedichte des Prototypen-Akkus kann sich sehen lassen – 350 Wh/kg, was definitiv höher ist als die der besten kommerziellen Lithium-Ionen-Akkus heute (250-300 Wh/kg). Diese Batterie wird jedoch noch nicht in Serie gehen. Wissenschaftler streben an, die Energiespeicherdichte zunächst auf 500 Wh/kg zu bringen, was den Umstieg auf neue Energiespeicher rechtfertigen wird.
Es sollte gesagt werden, dass dies nicht die einzige Studie ist, die verspricht, die Ausbeute von Lithium-Metall-Batterien näher zu bringen. Leute von der Stanford University sind auf dem Weg zur Kommerzialisierung dieses Batterietyps sehr weit gegangen. Die Erfinder gründeten das Startup QuantumScape und sammelten Geld von Bill Gates und Volkswagen. Die Lithium-Metall-Batteriefabrik QuantumScape soll Ende nächsten Jahres die Produktion aufnehmen. Es wird nicht lange dauern.
2021-07-01 12:50:54
Autor: Vitalii Babkin