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Akkuforschung Quasi-Festkörperakkus sind sicher und einfach herzustellen

Von Dipl.-Ing. (FH) Thomas Kuther 2 min Lesedauer

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Forscher an der Universität Bayreuth haben Lithium-Metall-Festkörperakkus mit hoher Energiedichte und Stabilität entwickelt. Mit Hilfe eines neuartigen Nitrat-basierten Additivs lösten sie Inkompatibilitätsprobleme in Elektrolyten und unterstrichen damit die Bedeutung des molekularen Designs bei der Entwicklung effektiver Additive für Quasi-Festkörperelektrolyte.

Ein Forscherteam an der Universität Bayreuth hat Lithium-Metall-Festkörperakkus mit hoher Energiedichte und Stabilität entwickelt.(Bild: Midjourney)
Ein Forscherteam an der Universität Bayreuth hat Lithium-Metall-Festkörperakkus mit hoher Energiedichte und Stabilität entwickelt.
(Bild: Midjourney)

Erstmals ist es Prof. Dr. Francesco Ciucci vom Lehrstuhl für Elektrodendesign für elektrochemische Energiesysteme an der Universität Bayreuth, in Zusammenarbeit mit Forschungspartnern aus China gelungen, die Unverträglichkeit zwischen Lithiumnitrat und 1,3-Dioxolan (DOL) für den Einsatz in quasifesten Elektrolyten zu lösen.

Dies gelang ihnen durch die Integration eines neuartigen Additivs auf Nitratbasis. Dieser Fortschritt hat erhebliche Auswirkungen auf Festkörperakkus. Er ermöglicht die Entwicklung von Lithium-Metall-Festkörperakkus, die nicht nur äußerst sicher und langlebig, sondern auch einfach herzustellen sind. Darüber hinaus werden bei diesem Verfahren die bestehenden Herstellungsmethoden für herkömmliche Flüssigakkus beibehalten.

Festkörpercharakter der Akkus bietet ein hohes Maß an Sicherheit

„Gleichzeitig gewährleistet der Festkörpercharakter der Akkus ein hohes Maß an Sicherheit, während ihre Herstellung einfach bleibt“, erklärt Prof. Ciucci. „Wir haben die Universalität des Ansatzes durch die Herstellung verschiedener Typen von Lithium-Metall-Akkus demonstriert. Insbesondere die hergestellte Pouch-Li-S-Zelle weist eine bessere Leistung auf als bisher dokumentierte Pouch-Li-S-Zellen“.

In einer Studie, die in der Zeitschrift „Energy & Environmental Science“ veröffentlicht wurde, stellte das Forscherteam ein neues Additiv, Triethylenglykoldinitrat, vor, das speziell für die Polymerisation von DOL entwickelt wurde. Das Forschungsteam zeigte, dass die Bildung einer stickstoffreichen Festelektrolyt-Zwischenschicht, die mit der Polymerisation einhergeht, schädliche parasitäre Reaktionen unterdrückt und die Effizienz der Akkus erhöht.

In einer Studie stellte das Forscherteam ein neues Additiv, Triethylenglykoldinitrat, vor, das speziell für die Polymerisation von DOL entwickelt wurde. (Bild: Universität Bayreuth)
In einer Studie stellte das Forscherteam ein neues Additiv, Triethylenglykoldinitrat, vor, das speziell für die Polymerisation von DOL entwickelt wurde.
(Bild: Universität Bayreuth)

Knopfzelle wurde mehr als 2.000 Mal stabil geladen und entladen

Auf der Grundlage der Studienergebnisse wurden mehrere Akkuzellen entwickelt. Unter ihnen konnte eine Knopfzelle im Labormaßstab mehr als 2.000 Mal stabil geladen und entladen werden. Spannenderweise wurde auch eine 1,7-Ah-Li-S-Beutelzelle mit einer hohen Energiedichte von 304 Wh/kg und stabilen Zyklen hergestellt. Prof. Ciucci bestätigt: „Diese Studie unterstreicht die Bedeutung des Molekularstrukturdesigns bei der Entwicklung wirksamer Additive für Quasi-Festkörperelektrolyte. Sie ist ein bedeutender Fortschritt in Bezug auf die praktische Durchführbarkeit des Einsatzes von Quasi-Festkörperelektrolyten auf Poly-DOL-Basis in Lithium-Metall-Akkus.“

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