Nickelreiche Kathoden und ionische flüssige Elektrolyte in der Batterie sorgen für eine hohe Energiedichte bei guter Stabilität.
Bild: Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
Forscher des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) und des Helmholtz-Instituts Ulm (HIU) haben eine Lithium-Metall-Batterie mit einer neuen Kombination aus Kathoden und Elektrolyte, von denen sie behaupten, dass sie dem Gerät helfen können erreichen eine Energiedichte von 560 Wattstunden pro Kilogramm.
Die Batterie basiert auf a eine kobaltarme, nickelreiche Schichtkathode namens NCM88, die den Wissenschaftlern zufolge eine hohe Energiedichte und eine verbesserte Stabilität für die Batterie im Vergleich zu kommerziell erhältlichen organischen Elektrolyten namens LP30 bietet. „Im LP30-Elektrolyten treten an der Kathode Partikelrisse auf“, erklärt HIU-Professor Stefano Passerini. „In diesen Rissen reagiert der Elektrolyt, zerstört die Struktur und bildet dicke, bemooste lithiumhaltige Schichten auf der Kathode.“
Diese Reaktion wirkt sich den Forschern zufolge negativ auf die Stabilität der Batterie aus und ist derzeit das Hauptproblem, das ihre technische und kommerzielle Reife verhindert. Um dieses Problem anzugehen, verwendeten sie einen schwerflüchtigen und nicht brennbaren ionischen Flüssigelektrolyten (ILE), der zwei Anionen enthält, die als Bis(fluorsulfonyl)imid (FSI) und Bis(trifluormethansulfonyl)imid (TFSI) bekannt sind. ).
Sie erklärten weiter, dass die Kombination der neuen Kathode und des Elektrolyten die Bildung einer Kathoden-Elektrolyt-Zwischenphase (CEI) im Elektrolyten fördert, die die NCM88-Oberfläche vor schädlichen Reaktionen mit dem Elektrolyten selbst schützt und die Bildung von Mikrorissen verhindert. Der Dual-Anion-Elektrolyt soll auch Kompatibilität mit dem Lithiummetall und dem für die Vorrichtung verwendeten positiven Hochspannungselektrodenmaterial aufweisen.
„Dieser Elektrolyt ergibt eine anfängliche spezifische Kapazität von 214 mAh g. möglich-1 und eine hervorragende Kapazitätserhaltung von 88 % über 1.000 Zyklen mit einem durchschnittlichen Coulomb-Wirkungsgrad von 99,94 %“, sagte die deutsche Gruppe und stellte fest, dass die neue Elektrolytkonfiguration strukturelle Veränderungen in der nickelreichen Kathode. Der Coulomb-Wirkungsgrad ist das Verhältnis zwischen Entladekapazität und Ladekapazität innerhalb desselben Zyklus.
Alle Details zum Akku findet ihr in der Zeitung Dual-Anion ionischer flüssiger Elektrolyt ermöglicht stabile Ni-reiche Kathoden in Lithium-Metall-Batterien, die kürzlich in . veröffentlicht wurde Joule.
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