Schon seit längerem forschen Wissenschaftler des Karlsruher Instituts für Technik und auch das Helmholtz Institut an verschiedenen Batterie-Alternativen zu Lithium-Ionen-Akkus für die mobile Stromspeicherung und E-Mobilität. Nun ist ihnen ein weiterer Durchbruch gelungen.
Sie haben eine Lithium-Metall-Batterie mit einer speziellen Kathoden-Elektrolyt-Kombination entwickelt. Dabei kommt eine kobaltarme, nickelreiche Schichtkathode (NCM88) zum Einsatz. Diese bietet eine hohe Energiedichte. Mit dem üblicherweise verwendeten kommerziell erhältlichen organischen Elektrolyten lässt die Stabilität allerdings stark zu wünschen übrig. Die Speicherkapazität sinkt mit steigender Zahl der Ladezyklen.
Hohe Kapazität und Sicherheit
Grund hierfür seien im Elektrolyten LP30 entstehen Partikelrisse an der Kathode, so Professor Stefano Passerini, Direktor des Helmholtz Instituts Ulm (HIU) und Leiter der Forschungsgruppe Elektrochemie der Batterien und ergänzt: „Innerhalb dieser Risse reagiert der Elektrolyt und zerstört die Struktur. Zudem bildet sich eine dicke moosartige lithiumhaltige Schicht auf der Kathode.“
Die Forschenden verwendeten daher stattdessen einen nicht entflammbaren ionischen Flüssigelektrolyten mit zwei Anionen (ILE). „Mithilfe des ILE lassen sich die Strukturveränderungen an der nickelreichen Kathode wesentlich eindämmen“, berichtet Guk-Tae Kim von der Forschungsgruppe Elektrochemie der Batterien am HIU. Die Ergebnisse: Die Lithium-Metall-Batterie erreicht mit der Kathode NCM88 und dem Elektrolyten ILE eine Energiedichte von 560 Wattstunden pro Kilogramm. Sie weist anfänglich eine Speicherkapazität von 214 Milliamperestunden pro Gramm (mAh/g) auf und über 1000 Ladezyklen bleibt die Kapazität zu 88 Prozent erhalten. Dabei beträgt Coulomb-Effizienz, die das Verhältnis zwischen entnommener und zugeführter Kapazität angibt, durchschnittlich über 99 Prozent. Durch den nicht entflammbaren Elektrolyt ist das System außerdem sehr sicher. (lm)
