Energiespeicher: ZSW optimiert Kathodenmaterial für Lithium-Ionen-Batterien

Stuttgart - Wissenschaftler am Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden Württemberg (ZSW) haben ein neues Kathodenmaterial für Lithium-Ionen-Batterien entwickelt. Das neue Material verfügt nach Angaben der Forscher über „herausragende“ Eigenschaften.

Das Lithium-Nickel-Manganoxid soll eine bis zu 40 Prozent höhere Energiedichte als bisherige Materialien erreichen. Zudem ist das Material kostengünstiger, da es ohne teures und seltenes Kobalt sowie mit weniger Nickel auskommt.

40 Prozent höhere Energiedichte der Batterien möglich

Das Kathodenmaterial ist nach Angaben des ZSW auch einfach zu produzieren. Die Entwicklung einer günstigen und sicheren Hochenergiebatterie, mit denen Elektroautos länger fahren können, rückt damit aus Sicht der Forscher in Reichweite. Für die künftige Material- und Zellfertigung sucht das ZSW nun Entwicklungspartner. Das Material mit der sperrigen Formel Li1+xMn1.5Ni0.5O4 besitzt mit mehr als 210 Milliamperestunden pro Gramm (mAh/g) eine deutlich größere Speicherkapazität als heute verwendete oder in Entwicklung befindliche Kathodenmaterialien. Da die Entladespannung zum Großteil bei über 4,5 Volt (V) liegt, ist auch eine bis zu 40 Prozent höhere Energiedichte der gesamten Batterie möglich. Batterien mit einer derart verbesserten Energiedichte würden die Reichweite von Elektrofahrzeugen signifikant verlängern.

Hohe thermische Stabilität und einfache Herstellung

Das neue Material verfügt laut ZSW über weitere Vorteile. So sei die thermische Stabilität im geladenen Zustand deutlich besser als bei den gängigen Kathodenmaterialien. Das führt zu einer höheren Sicherheit der Zellen. Auch die Lebensdauer-Werte des neuen Batteriematerials seien erfreulich. Trotz der frühen Entwicklungsphase konnte eine gute Zyklenstabilität mit mehr als 150 Zyklen ohne Kapazitätsverlust in kompletten Zellen mit Graphit als Anode demonstriert werden.

Das Manganoxid lässt sich einfach über bekannte Verfahren herstellen. Erste Muster im Kilogrammmaßstab mit hoher Qualität haben die Forscher am ZSW bereits produziert. Das Pulver enthält sphärische Partikel mit einer hohen Klopfdichte von 2,4 Gramm pro Kubikzentimeter (g/cm³). Die Partikel sind ähnlich groß wie die heute verwendeter Kathodenmaterialien und können daher gut in kommerziellen Elektrodenbeschichtungsprozessen eingesetzt werden.

Vielversprechendes neues Material für Elektrofahrzeugbatterien

„Unser lithiiertes, cobaltfreies Lithium-Nickel-Manganoxid ist ein vielversprechendes neues Material für Elektrofahrzeugbatterien“, sagt Dr. Margret Wohlfahrt-Mehrens, Leiterin des ZSW-Fachgebiets Materialforschung Akkumulatoren „Die Kapazität und Energiedichte sind höher, die Kosten geringer und die Produktion auf industrielle Größen hochskalierbar.“

Die ZSW-Forschungsarbeiten wurden vom Bundesforschungsministerium im Rahmen der „Excellent Battery Initiative“ im Projekt LiEcoSafe gefördert.

Quelle: IWR Online