17.03.2015, 08:04 Uhr

Forscher steigern Energiedichte von Lithium-Ionen-Batterien

Karlsruhe – Lithium-Ionen-Batterien sind die derzeit weltweit angesagteste Batterietechnologie. Kein anderer Energiespeicher bringt vergleichbare Leistungen. Forschern aus Karlsruhe ist es nun gelungen, die Speicherkapazität solcher Batterien nochmals zu erhöhen.

Ein interdisziplinäres Forscherteam des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) und des Helmholtz-Instituts Ulm (HIU) forciert die Weiterentwicklung von Lithium-Ionen-Batterien: Die Wissenschaftler haben ein neues Kathodenmaterial entwickelt, das deutlich höhere Energiespeicherdichten als bisher bekannte Systeme bietet. Dadurch können fast doppelt so viele Lithium-Ionen wie bisher pro Formeleinheit eingelagert werden.

Speicherdichte der gegenwärtige Technologie begrenzt

Die bisher verwendeten Materialien basieren auf einer Einlagerung von Lithium in kleine Hohlräume (so genannte Zwischengitterplätze) - einer Wirtsstruktur, welche in der Regel aus Metalloxiden besteht. Diese Methode funktioniert gut, allerdings sind die damit erzielbaren Speicherdichten begrenzt, da das Lithium nicht besonders dicht in der Struktur gepackt werden kann. Auch ist die Einlagerung von mehr als einem Lithium-Ion pro Formeleinheit in der Regel nicht möglich, da die Struktur dann nicht mehr stabil ist und zerfällt.

Fast doppelt so viele Lithium-Ionen pro Formeleinheit

Der Forschungsgruppe um Prof. Maximilian Fichtner und Dr. Ruiyong Chen ist es nun gelungen ein neues Speicherprinzip basierend auf neuen Materialien vorzustellen, welches die reversible Einlagerung von bis zu 1,8 statt nur einem Lithium-Ion pro Formeleinheit erlaubt. Mit einem Material der Zusammensetzung Li2VO2F wurden hohe Speicherkapazitäten gemessen. Im Gegensatz zu den bisher verwendeten Materialien wird in dem neuen System das Lithium nicht mehr auf Zwischengitterplätzen, sondern direkt auf den Gitterplätzen einer kubisch dichtesten Packungsstruktur gespeichert, wodurch die deutlich höheren Packungsdichten erreicht werden.

Auch auf andere Zusammensetzungen übertragbar

„Die hohe Stabilität der Struktur bei gleichzeitig hoher Defektmobilität, verbunden mit einer sehr kleinen Volumenänderung von nur drei Prozent ist das eigentlich Ungewöhnliche an diesem neuen System. Das Speicherprinzip scheint zudem auf andere Zusammensetzungen übertragbar zu sein. Mit anderen Verbindungen ähnlicher Struktur messen wir derzeit sogar noch höhere Energiedichten als mit dem auf Vanadium basierenden System“, berichtet Forschungsgruppenleiter Maximilian Fichtner.

Quelle: IWR Online
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