Forschern aus den USA ist es gelungen, ein jahrezehntealtes Rätsel zu lösen, um stabile Lithium-Nickel-Oxid-Batterien herzustellen. Die Energiespeicher weisen eine höhere Energiedichte als klassische Lithium-Akkus auf.
Forscher der Universität von Texas in Dallas haben kürzlich ein jahrzehntealtes Problem der Lithium-Ionen-Batterietechnologie gelöst. Sie konnten erklären, warum Lithium-Ionen-Batterien im Laufe der Zeit an Leistung verlieren und entwickelten eine Methode, um dieses Problem zu beheben. Die Entdeckung könnte den Weg für langlebigere und leistungsfähigere Akkus ebnen und einen bedeutenden Fortschritt für Smartphones, Elektroautos und andere Batterietechnologien darstellen.
Der Hintergrund: das Material Lithium-Nickel-Oxid (LiNiO₂), das eine hohe Energiedichte bietet und eine Alternative zu herkömmlichen Kobalt-basierten Kathoden darstellt. Doch bisher offenbarte das Material eine große Schwachstelle, denn LiNiO₂ neigt dazu, sich im Laufe vieler Ladezyklen zu zersetzen. Dadurch würden Batterien schnell an Kapazität verlieren und unbrauchbar werden.
Lithium-Nickel-Oxid-Batterien werden durch Ionen gestützt
Die Forscher fanden heraus, dass eine chemische Reaktion mit Sauerstoffatomen innerhalb der Kathode dazu führt, dass das Material instabil wird und feine Risse bekommt. Diese Erkenntnis ist ein entscheidender Schritt, um das Problem an der Wurzel zu packen. Um die Struktur der Kathode zu stabilisieren, entwickelten die Wissenschaftler eine Methode, bei der positiv geladene Ionen als eine Art Stützpfeiler (Pillaring-Technik) fungieren.
Diese Ionen verstärken das Material und verhindern, dass es bei wiederholtem Laden und Entladen brüchig wird. Die Forscher begannen bereits damit, die neue Technik in einem speziell eingerichteten Roboterlabor zu testen. Dort werden kleine Stückzahlen der verbesserten Batterien produziert, um ihre Leistungsfähigkeit und Haltbarkeit zu überprüfen. Langfristig ist geplant, die Produktion zu skalieren und das Verfahren für den Massenmarkt nutzbar zu machen.
Der Schlüssel zu langlebigeren Lithium-Ionen-Batterien?
Sollte sich diese Technologie bewähren, könnte sie zu langlebigeren Lithium-Ionen-Batterien führen. Das wäre ein wichtiger Fortschritt für viele Anwendungen – von Elektrofahrzeugen über tragbare Geräte bis zu großen Energiespeichersystemen.
Die nächste Phase des Projekts besteht darin, industrielle Partner zu gewinnen, um die neue Batterietechnologie zur Marktreife zu bringen. Falls das gelingt, könnte sich die Art und Weise, wie wir Akkus nutzen und deren Lebensdauer bewerten, grundlegend verändern.
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