S\u00fcdkoreanische Forscher haben einen bedeutenden Fortschritt vorgestellt, der die Reichweite von Elektrofahrzeugen deutlich erh\u00f6hen und Bedenken hinsichtlich der Batterieleistung bei K\u00e4lte ausr\u00e4umen k\u00f6nnte. Ihre Studie beschreibt eine anodenfreie Lithium-Metall-Batterie, die die Energiedichte nahezu verdoppelt, ohne die Gr\u00f6\u00dfe des Akkupacks zu erh\u00f6hen. Dieser Durchbruch ist das Ergebnis einer Zusammenarbeit zwischen POSTECH, KAIST und der Gyeongsang-Universit\u00e4t. Die Forscher sind \u00fcberzeugt, dass dieser Ansatz zuk\u00fcnftige Batteriedesigns f\u00fcr Elektrofahrzeuge beeinflussen k\u00f6nnte.
Das Team um Professorin Soojin Park und Dr. Dong-Yeob Han erreichte eine volumetrische Energiedichte von 1.270 Wh\/L, fast doppelt so hoch wie die rund 650 Wh\/L, die heutige Lithium-Ionen-Batterien in Elektrofahrzeugen erzielen. Der entscheidende Vorteil liegt im Wegfall der Graphitanode. Beim Ladevorgang werden Lithium-Ionen von der Kathode direkt auf den Kupferkollektor abgeschieden. Dadurch wird innerer Raum frei, sodass mehr aktives Material im gleichen Volumen untergebracht werden kann.
Anodenlose Batterien stellen jedoch eine technische Herausforderung dar. Eine ungleichm\u00e4\u00dfige Lithiumbeladung kann zur Dendritenbildung f\u00fchren, welche die inneren Schichten durchdringen und Kurzschl\u00fcsse verursachen kann. Dar\u00fcber hinaus sch\u00e4digen wiederholte Lade- und Entladezyklen die Lithiumoberfl\u00e4che und verk\u00fcrzen die Lebensdauer der Zelle.
Um diese Probleme zu l\u00f6sen, nutzten die Forscher eine Kombination aus reversiblem Wirtsmaterial (RH) und ma\u00dfgeschneidertem Elektrolyten (DEL). RH ist ein Polymerger\u00fcst mit Silbernanopartikeln, das eine gleichm\u00e4\u00dfige Lithiumbeladung erm\u00f6glicht. DEL bildet eine stabile Schutzschicht aus Li\u2082O und Li\u2083N, die die Dendritenbildung verhindert und gleichzeitig einen schnellen Ionentransport erm\u00f6glicht.
Die Kombination aus RH und DEL gew\u00e4hrleistete einen stabilen Betrieb auch unter anspruchsvollen Bedingungen. Bei einer Dichte von 4,6 mAh\/cm\u00b2 und einem Stromverbrauch von 2,3 mA\/cm\u00b2 behielt die Zelle nach 100 Zyklen 81,9 \u00b5W\/(%) ihrer Anfangskapazit\u00e4t und erreichte einen Wirkungsgrad von 99,6 \u00b5W\/(%). Diese Eigenschaften erm\u00f6glichten eine Rekordenergiedichte von 1270 Wh\/L.
Die Technologie wurde auch in Pouchzellen getestet, \u00e4hnlich denen, die in Elektrofahrzeugen verwendet werden, und hat sich selbst mit sehr wenig Elektrolyt als stabil erwiesen, was auf leichtere Batterien, eine einfachere Herstellung und eine bessere kommerzielle Rentabilit\u00e4t schlie\u00dfen l\u00e4sst.<\/p>\n