Forscher des Deutschen Instituts für Technologie Karlsruhe (KIT) veröffentlichte einen Artikel in Nature Communications, der den Mechanismus der Kathodenzerstörung in Hochenergie-Lithium-Ionen-Batterien erläuterte. Die Forschung wurde im Rahmen der Entwicklung von Batterien mit erhöhter Kapazität und Effizienz durchgeführt. Ohne ein genaues Verständnis der Kathodenabbauprozesse ist es unmöglich, die Kapazität von Batterien mit höchster Effizienz erfolgreich zu steigern, was für die Entwicklung von Elektrofahrzeugen notwendig ist. Wissenschaftler sind zuversichtlich, dass die gewonnenen Erkenntnisse eine Steigerung der Kapazität von Lithium-Ionen-Batterien um 30 % ermöglichen werden.
Hochleistungsbatterien für Automobil- und andere Anwendungen erfordern eine andere Kathodenstruktur. In modernen Lithium-Ionen-Batterien ist die Kathode eine mehrschichtige Struktur aus Oxiden mit unterschiedlichen Anteilen an Nickel, Mangan und Kobalt. Hochenergiebatterien erfordern mit Mangan angereicherte Kathoden mit überschüssigem Lithium, was die Fähigkeit erhöht, Energie pro Volumeneinheit/Masse Kathodenmaterial zu speichern. Solche Materialien waren jedoch einem schnellen Abbau unterworfen.
Wenn sich die Kathode im Normalbetrieb anreichert oder Lithiumionen verliert, wird das hochenergetische Kathodenmaterial zerstört. Nach einer gewissen Zeit verwandelt sich das schichtförmige Oxid in eine kristalline Struktur mit äußerst ungünstigen elektrochemischen Eigenschaften. Dies geschieht bereits in den frühen Phasen des Batteriebetriebs, was zu einem schnellen Abfall der durchschnittlichen Lade- und Entladewerte führt.
In einer Reihe von Experimenten fanden deutsche Wissenschaftler heraus, dass der Abbau nicht direkt, sondern indirekt über die Bildung schwer zu bestimmender Reaktionen unter Bildung fester lithiumhaltiger Salze erfolgt. Darüber hinaus scheint Sauerstoff bei den Reaktionen eine wichtige Rolle zu spielen. Die Forscher konnten auch neue Rückschlüsse auf chemische Prozesse in Lithium-Ionen-Batterien ziehen, die möglicherweise nicht zu einer Degradation der Kathode führen. Mithilfe der gewonnenen Ergebnisse hoffen die Wissenschaftler, die Kathodenverschlechterung zu minimieren und schließlich einen neuen Batterietyp mit erhöhter Kapazität zu entwickeln.
Source: 3dnews.ru