Chinas 451 Wh/kg-Akku übersteht 700 Ladezyklen in nur drei Minuten

Nach Angaben der Forscher leiden herkömmliche Weichmacher, die in PVDF-Elektrolyten verwendet werden, häufig unter schlechter elektrochemischer Stabilität, was zu Nebenreaktionen führt, die die Kompatibilität mit Lithium-Metall-Anoden und Hochspannungs-Kathoden verringern.

Um dieses Problem zu lösen, entwickelte das Team eine Strategie, die es als „kompatibilisierende Lösungsmittel-Plastifizierung" bezeichnet. Das Verfahren nutzt ein temporäres flüchtiges Lösungsmittel bei der Elektrolytzubereitung, um die Kompatibilität zwischen Polymer und stabilen Weichmachern zu verbessern.

Während des Filmbildungsprozesses verdampft das Lösungsmittel, wodurch der Weichmacher im Polymernetzwerk eingeschlossen bleibt. Die Forscher berichteten, dass das Verfahren die Bildung einer lithiumfluoridreichen Grenzschicht ermöglicht und unerwünschte Nebenreaktionen an beiden Elektroden unterdrückt.

Was die Studie zeigt

Der Studienabstract gibt zudem eine durchschnittliche Coulombsche Effizienz für Lithiumabscheidung und -entnahme von 99,1 Prozent über 1.400 Zyklen an. Als repräsentativen Weichmacher im Elektrolytsystem verwendeten die Forscher Sulfolan.

Laut der Studie unterdrückten Wechselwirkungen zwischen Polymer und Sulfolan die Migration des Weichmachers und stabilisierten die Elektrolytstruktur während des Batteriebetriebs. Zudem demonstrierte das Team eine Ampere-Stunden-Pouch-Zelle mit einer dünnen Lithium-Metall-Anode bei einem N/P-Verhältnis von 1,1.

Die Folienzelle erreichte eine Energiedichte von 451,5 Wh/kg, mehr als das Doppelte der bei vielen kommerziellen Lithium-Eisen-Phosphat-Elektrofahrzeugbatteriezellen üblichen Energiedichte.

Was die Studie zeigt

Auf dem Weg zur Kommerzialisierung bestanden die Folienzellen zudem einen Nageldurchstoßtest, den die Forscher als Beleg für eine starke intrinsische Sicherheitsleistung bewerteten.

Diese neuesten Erkenntnisse erscheinen in einer Zeit, in der Batteriehersteller und Forschungsinstitute bestrebt sind, Festkörperbatteriesysteme zu kommerzialisieren, die im Vergleich zu herkömmlichen Lithium-Ionen-Batterien eine höhere Energiedichte, schnellere Ladezeiten und verbesserte Sicherheit bieten.

Mehrere chinesische Batterieentwickler zielen darauf ab, kommerzielle Festkörperbatteriesysteme im Bereich von 400 bis 500 Wh/kg zwischen 2026 und 2027 auf den Markt zu bringen, während sie weiterhin an Lithium-Metal- und Halbfestkörper-Technologien forschen.

Einordnung fuer Autofahrer

Trotz der beschleunigten Investitionen in Batteriesysteme der nächsten Generation behält die Lithium-Eisen-Phosphat-Chemie aufgrund niedrigerer Kosten und der Reife der großindustriellen Fertigung die Vormachtstellung im chinesischen Markt für Elektrofahrzeugbatterien.

Die Forscher gaben an, dass die Arbeit den Designraum für PVF-basierte Polymerelektrolyte erweitern und einen potenziellen Weg zu praktischen Lithium-Metal-Batterien mit hoher Energiedichte und schneller Ladeleistung eröffnen könnte. Die Studie wurde im Journal of the American Chemical Society veröffentlicht.