Forschern der Universität Tokio gelang kürzlich in ihren Experimenten ein großer Durchbruch, indem sie erfolgreich einen neuen Typ von Lithium-Ionen-Batterien entwickelten, der in der Lage ist, ohne den Einsatz von Kobalt ein stabiles Laden und Entladen für etwa 1,{2}} Zyklen zu erreichen . Dieses Ergebnis wurde in der neuen Ausgabe der Zeitschrift Nature – Sustainable Development veröffentlicht.
Kobalt ist ein seltenes Metall mit einem hohen Preis und Unsicherheiten wie der Umweltverschmutzung. Daher suchen Forscher seit langem nach Möglichkeiten, den Bedarf an Kobalt in Lithium-Ionen-Batterien zu reduzieren oder ganz zu beseitigen. Eines der vielversprechendsten Kathodenmaterialien ist derzeit Lithium-Nickel-Manganat, das sich durch hohe Ausgangsspannung, niedrige Kosten und Umweltfreundlichkeit auszeichnet.
Um die Mängel bestehender Technologien zu überwinden, hat ein Forschungsteam der Universität Tokio einen neuen Elektrolyten entwickelt. Dieser Elektrolyt kann das Reaktionspotential sowohl der positiven als auch der negativen Elektrode von Lithium-Nickel-Manganat-Batterien in einem Bereich halten, der die Obergrenze des Elektrolytpotentialfensters nicht überschreitet. Gleichzeitig kann es auch einen starken Schutzfilm aus Lithiumsalzen auf der Oberfläche der negativen Elektrode bilden, wodurch Probleme wie das Ablösen des Schutzfilms von der Elektrodenoberfläche und Risse in der negativen Elektrode, die durch große Volumenänderungen verursacht werden, überwunden werden die negative Siliziumoxid-Elektrode, die das Laden und Entladen begleitet.
Das neue Design des Teams unterdrückte außerdem erfolgreich Nebenreaktionen, die durch den Elektrolyten und die Elektroden verursacht wurden, sodass die kobaltfreie Lithium-Ionen-Batterie eine 1,6-fache Energiedichte gegenüber dem Original erreichen konnte. In Experimenten gelang es dieser Batterie, einen stabilen Betrieb auf praktischem Niveau zu erreichen, d. h. ein stabiles Laden und Entladen für etwa 1,000 Zyklen, und ein Kapazitätsverhältnis von 80 % im Vergleich zur Anfangskapazität zu erreichen. Dieser Erfolg ist ein entscheidender Durchbruch für Forscher der Universität Tokio, denen es gelungen ist, Lithium-Ionen-Batterien mit hoher Energiedichte zu entwickeln und ein stabiles Laden und Entladen ohne den Einsatz von Kobalt zu erreichen.
Diese neue Lösung beseitigt nicht nur die Begrenzung der Betriebsspannung von Lithium-Ionen-Batterien, sondern erweitert auch die Richtung der zukünftigen Batterieentwicklung. Von diesem wichtigen Durchbruch wird erwartet, dass er die Entwicklung von Elektrofahrzeugen, elektronischen Produkten und anderen Bereichen vorantreibt, die Abhängigkeit von knappen Ressourcen verringert und die Umweltverschmutzung verringert. Wir freuen uns in Zukunft auf die baldige Kommerzialisierung dieses neuen Typs von Lithium-Ionen-Batterien.
[Quelle – Nichteisenmetallnetz Changjiang].
