Wissenschaftler entwerfen „Spiel“.

Jul 03, 2023

Bildnachweis: UC San Diego Laboratory for Energy Storage and Conversion / Diyi Cheng

Von der E&T-Redaktion

Veröffentlicht am Freitag, 4. August 2023

Ein Team der University of California San Diego und der University of Chicago hat ein neues Material entwickelt, das zur Herstellung von Lithiumbatterien verwendet werden könnte, die ohne äußeren Druck funktionieren.

Dem Team ist es gelungen, eine eigenständige Dünnschichtversion von Lithiumphosphoroxynitrid (LiPON), einem Festkörperelektrolyten, zu entwickeln.

Die freistehenden Versionen der LiPON-Folie (FS-LiPON) wurden mehreren funktionalen Batterietests unterzogen, die zeigten, dass sie in der Lage waren, eine gleichmäßig dichte elektrochemische Abscheidung von Lithiummetall ohne äußeren Druck zu fördern.

Lithium-Metall-Batterien sind aufgrund ihrer hohen Energiedichte seit vielen Jahren ein Thema von Interesse. Ihre praktische Anwendung ist jedoch aufgrund von Sicherheitsbedenken und der Tendenz von Lithium zur Dendritenbildung begrenzt, was zu Kurzschlüssen führen und die Lebensdauer der Batterie verkürzen kann.

LiPON wurde als „potenziell bahnbrechend“ beschrieben, da es die Entwicklung eines neuen Typs von Lithium-Metall-Batterien ermöglichen könnte, die mit minimalem Außendruck funktionieren, das Risiko der Dendritenbildung verringern und die Leistung verbessern könnten.

LiPON wurde ursprünglich 1992 von einer Gruppe von Wissenschaftlern am Oak Ridge National Laboratory entwickelt. Bisher war es sehr schwierig herzustellen und zu erforschen und wurde daher nicht umfassend für die Batterieproduktion getestet.

Allerdings konnten die Forscher einen neuen Ansatz für den Elektrolyten entwickeln, indem sie eine dünne, flexible Membran aus einem Polymer namens Polyethylenoxid (PEO) verwenden.

Die PEO-Membran lässt Lithiumionen durch und blockiert gleichzeitig die Dendritenbildung. Es hält auch hohen Temperaturen stand und eignet sich daher für den Einsatz in Hochleistungsbatterien. Dies ist wichtig, da Lithium-Metall-Batterien das Potenzial haben, mehr Energie zu speichern als aktuelle Lithium-Ionen-Batterien, aber höhere Betriebstemperaturen erfordern.

LiPON-basierte Dünnschichtbatterien finden zahlreiche Anwendungen in verschiedenen Bereichen, beispielsweise in Wearables und anderen kompakten elektronischen Geräten.

„Insgesamt ist diese Forschung ein bedeutender Fortschritt in der Entwicklung von Lithium-Metall-Batterien“, sagten die Forscher. „Mit weiteren Verbesserungen könnten diese Batterien die Energiespeicherbranche revolutionieren und die weit verbreitete Einführung erneuerbarer Energiequellen ermöglichen.“

Die Ergebnisse der Forscher wurden in einem Artikel in der Zeitschrift Nature Nanotechnology veröffentlicht.

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