Chinesische Wissenschaftler haben die Energiedichte und die Batterielebensdauer von Lithiumbatterien um das 2- bis 3-Fache erhöht.

Kürzlich haben chinesische Forscher die Grenzen von Energiedichte und Leistung herkömmlicher Lithium-Ionen-Batterien durchbrochen und weiche Zellmodule mit einer Energiedichte von über 600 Wattstunden/kg sowie Modulbatterien mit einer Kapazität von 480 Wattstunden/kg entwickelt. Diese Leistungsindikatoren verbessern die Energiedichte und Lebensdauer der bestehenden Lithium-Ionen-Batterien direkt um das 2- bis 3-Fache.

Mit der rasanten Entwicklung neuer Bereiche wie Elektromobilität, Low-Altitude Economy, Unterhaltungselektronik und humanoide Roboter steigt der Bedarf an wiederaufladbaren Batterien mit hoher Energie und langer Lebensdauer immer dringender. Die Energiedichte ist eine zentrale Batteriekenngröße, und wie sich mehr Energie bei geringerem Gewicht und kleinerer Größe speichern lässt, ist eine technische Herausforderung, die Forscher weltweit zu überwinden versuchen.

Lithium-Metall-Batterien gelten aufgrund ihrer deutlich höheren theoretischen Energiedichte im Vergleich zu herkömmlichen Lithium-Ionen-Batterien als Batterietechnologie der nächsten Generation, die die Leistungsgrenzen und die Batterielaufzeit bestehender Batterien verbessern kann. Allerdings gelingt es aktuellen Elektrolyt-Designs nur schwer, gleichzeitig die Anforderungen an eine höhere Energieabgabe und eine längere Zyklenlebensdauer zu erfüllen.

Nach Jahren innovativer Forschung und technischer Durchbrüche hat ein Forschungsteam der Tianjin University und seiner Partner ein „delokalisiertes“ Designkonzept für Elektrolyte von Lithium-Metall-Batterien mit hoher Energiedichte entwickelt. Dieses Konzept durchbricht die traditionelle Abhängigkeit des Elektrolyt-Designs von einer dominanten Solvatisierungsstruktur und erreicht sowohl eine höhere Energiedichte als auch eine bessere Gesamtleistung. Die Forschungsergebnisse wurden am 13. August in der internationalen Fachzeitschrift Nature veröffentlicht.

Hu Wenbin, Professor an der School of Materials Science and Engineering der Tianjin University und Leiter des Teams, erklärte, dass das Forschungsteam durch diese Innovation die Leistungsziele der Batterie mit hoher Energiedichte „Battery600“ erreicht und die Skalierbarkeit des Batteriepakets mit hoher Energiedichte „Pack480“ erfolgreich umgesetzt habe, wodurch eine wichtige Grundlage für die zukünftige Anwendung von Lithium-Metall-Batterien geschaffen werde. Darüber hinaus weist die Technologie auch eine ausgezeichnete Zyklenstabilität und Sicherheit auf.

Derzeit treibt das Team unter Nutzung nationaler Plattformen wie der Tianjin University National Energy Storage Technology Industry-Education Integration Innovation Platform und dem National Key Laboratory of Precious Metal Functional Materials die technische Umsetzung und Anwendungsvalidierung dieser Ergebnisse aktiv voran. Es wurde bereits eine Pilotproduktionslinie für Lithium-Metall-Batterien mit hoher Energiedichte aufgebaut, die erfolgreich in drei Modellen kleiner rein elektrischer unbemannter Luftfahrzeuge in meinem Land eingesetzt wurden und die Flugzeit im Vergleich zu bestehenden Batterien um das 2,8-Fache erhöht haben.

Berichten zufolge beherrscht das Team derzeit die Kerntechnologien der gesamten Kette der Lithium-Batterien mit hoher Energiedichte, nämlich „Materialien-Elektrolyt-Elektrode-Batterie“. Alle Rohstoffe und Schlüsseltechnologien sind eigenständig kontrollierbar, und das Team verfügt über die Fähigkeit zur Massenproduktion mit hoher Konsistenz. Es wird erwartet, dass die vollständige Serienproduktion in der zweiten Jahreshälfte dieses Jahres aufgenommen wird.