US-Forscher an der Boise State University in Idaho entwickelten ein neuartiges Verfahren zur Herstellung von Anoden für Lithium-Ionen-Batterien. Die Anoden besitzen eine hohe Ladekapazität und Laderate, was sie äußerst attraktiv für den Einsatz in Elektro-Fahrzeugen macht. Doch der eigentliche Durchbruch liegt im Herstellungsverfahren.

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Die Entwicklung neuer innovativer Verfahren zur Herstellung leistungsfähiger (sprich: schnellladender und langlebiger) Lithium-Ionen-Batterien hat an Dringlichkeit zugenommen. Die Nachfrage nach Elektrofahrzeugen und damit auch nach Lithium-Ionen-Batterien ist stark gestiegen. Lithium-Ionen-Batterien sind heute jedoch noch zu teuer und laden sich zu langsam auf.

Hier scheint einem Team von Forschenden der Boise State University in Idaho nun ein Durchbruch gelungen zu sein, wie die Plattform efahrer.com unter Berufung auf das Branchenmagazin TechXplore berichtet. Die Forschenden haben herausgefunden, dass allein durch die Beaufschlagung des Materials mit Lithium eine Umwandlung in eine neuartige kristalline Nb2O5-Anode mit aussergewöhnlicher Lithium-Speicherung und schneller Zykluszeit erfolgt. Dieser Prozess kann möglicherweise zur Herstellung anderer Materialien für Lithium-Ionen-Batterien verwendet werden, die auf herkömmliche Weise nicht einfach hergestellt werden können.

Einer der grössten Engpässe beim Laden heutiger Lithium-Ionen-Batterien ist die Anode. Die gebräuchlichste Anode besteht aus Graphit, das zwar eine hohe Energiedichte aufweist, aber wegen der Brand- und Explosionsgefahr, die bei einem als Lithium-Metall-Plating bekannten Prozess entsteht, nicht zu schnell geladen werden kann. Das vom Team nun entdeckte Steinsalz Nb2O5 bietet vielversprechende Anodenalternativen, da sie das Risiko der Lithiumplattierung bei niedrigen Spannungen verringert.

Zur Herstellung des neuen Anodenmaterials entwickelte die Gruppe von Xiong eine innovative neue Technik, die elektrochemisch induzierte amorphe zu kristalline Umwandlung. Die neue Elektrode kann eine hohe Lithium-Speicherkapazität von 269 mAh/g bei einer Laderate von 20 mA/g erreichen und, was noch wichtiger ist, eine hohe Kapazität von 191 mAh/g bei einer hohen Laderate von 1 A/g beibehalten.

«Der spannendste Aspekt dieser Arbeit ist die Entdeckung eines völlig neuen Ansatzes zur Herstellung neuartiger Lithium-Ionen-Batterieelektroden», so Hui (Claire) Xiong, Professorin für Materialwissenschaften und Ingenieurwesen an der Boise State University.

«Wir glauben, dass diese Arbeit nur der Anfang einer völlig neuen Denkweise über die Materialsynthese ist», so Shyue Ping Ong, Professorin für Nanoengineering an der University of California San Diego und Co-Leiterin des Projektes.

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