Forscher aus Zürich haben eine Methode entwickelt, um eine neuartige Lithium-Metall-Batterie herzustellen. Sie verspricht eine doppelt so hohe Energiekapazität und soll trotzdem umweltfreundlicher sein.
Lithium-Metall-Batterien bieten das Potenzial, doppelt so viel Energie wie herkömmliche Lithium-Ionen-Batterien speichern zu können. Allerdings stellen sie aufgrund des Einsatzes von fluorierten Lösungsmitteln und Salzen eine Umweltbelastung dar. Ein Forschungsteam der ETH Zürich unter der Leitung von Maria Lukatskaya entwickelte nun einen nachhaltigeren Ansatz.
Die Forscher reduzierten dazu den Fluorgehalt, was die Stabilität der Batterien erhöhte und sie umweltfreundlicher und kostengünstiger machte. Doch ganz ohne Fluor geht es nicht. Denn dann wäre die Batterien instabil und könnten nach wenigen Ladezyklen ausfallen oder überhitzen und Feuer fangen.
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Umweltfreundliche Lithium-Metall-Batterie mit hoher Effizienz
Fluorierte Verbindungen im Elektrolyten helfen bei der Bildung einer Schutzschicht um das metallische Lithium an der negativen Elektrode der Batterie. Diese Schicht schützt das Lithium vor kontinuierlicher Reaktion mit den Elektrolytbestandteilen, ähnlich wie Zahnschmelz Zähne schützt. Ohne diese Schutzschicht braucht sich der Elektrolyt schnell auf und die Batterie würde versagen.
Zudem würden sich anstelle einer glatten Schicht sogenannte Dendriten bilden, die Kurzschlüsse und Brände verursachen könnten. Die Fähigkeit, die Eigenschaften dieser Schutzschicht zu kontrollieren, ist entscheidend für die Batterieleistung. Eine stabile Schutzschicht erhöht die Effizienz, Sicherheit und Lebensdauer der Batterie.
Das Team der ETH Zürich hat eine Methode entwickelt, bei der nur 0,1 Prozent des Gewichts an Fluor im flüssigen Elektrolyten benötigt wird – mindestens 20-mal weniger als in früheren Studien.
Neue Prozesse einfach in Fertigungslinien implementierbar
Die neue Methode basiert auf elektrostatischer Anziehung, um die gewünschte Reaktion zu erzielen. Fluorierte Moleküle dienen als Transportmittel, um das Fluor zur Schutzschicht zu bringen. Ein entscheidender Vorteil dieser Methode ist, dass sie nahtlos in den bestehenden Batterieproduktionsprozess integriert werden kann, ohne zusätzliche Kosten zu verursachen.
Der nächste Schritt des Forschungsteams besteht darin, die Skalierbarkeit der Methode zu testen und sie auf größere Zellformate wie die in Smartphones verwendeten Pouch-Zellen anzuwenden. Dann könnte eine echte Alternative zu heute gängigen Lithium-Ionen-Batterien entstehen.
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