Neue Batterie lädt in 6 Minuten auf 85 % ohne nennenswerte Alterung

Das Ergebnis stammt Leitung, einem ARC Industry Laureate Fellow an der Fakultät für Chemische Technik der Universität, das zusammen mit Forschern des Imperial College London arbeitet.

Warum schnelles Laden so schwer zu lösen ist: Das Problem bestehender Hochleistungs-Batterien, insbesondere mit Silizium- oder Lithium-Anoden, besteht darin, dass Geschwindigkeit einen Preis hat.

Die Kapazität nimmt schnell ab, und schnelles Laden erzeugt Wärme, die diesen Abbau beschleunigt und Sicherheitsbedenken aufwirft. „Aktuelle Modelle erzeugen beim schnellen Laden ebenfalls mehr Wärme, was die Batterieverschlechterung und Sicherheitsrisiken verschärfen kann", sagte Professor Qiao.

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Bisher war es eine enorme Herausforderung, innerhalb 90 % der Ladung zu erreichen, ohne die Energiedichte und die Zyklenlebensdauer zu beeintrchtigen. Herkmmliche Anstze beinhalten eine Neuformulierung des Elektrolyten  des Mediums, durch das sich die Ionen innerhalb der Zelle bewegen.

Allerdings beeinflussen nderungen am Elektrolyten das gesamte System und fhren tendenziell zu einer Verschlechterung der Ionenleitfhigkeit an anderen Stellen.

Der hier vorgestellte Ansatz verfolgt stattdessen eine andere Strategie: Anstatt den Elektrolyten im gesamten System zu modifizieren, konzentrierte sich Qios Team ausschlielich auf die Elektrodenoberflche.

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Die Methode nutzt Schwefelvakanzstellen als katalytische Zentren, die während des Ladevorgangs spezifische Anionen zur Batterie-Schnittstelle anziehen und so die Bildung einer kompakten, lithiumfluoridreichen Schutzschicht (der Festelektrolyt-Schnittschicht) fördern, in die schnelle Lithium-Ionen-Transportpfade integriert sind. „Die katalytischen Zentren auf der Elektrodenoberfläche ziehen Anionen zur Batterieschnittstelle an und fördern die Bildung einer robusten anorganischen Schutzschicht, die für schnelles Laden und langfristige Stabilität entscheidend ist", sagte Professor Qiao. „Im Gegensatz zur traditionellen Elektrolyt-Engineering, das oft das gesamte Elektrolytsystem beeinflusst, reguliert diese Strategie Reaktionen ausschließlich an der Schnittstelle und ermöglicht schnelles Laden, ohne die Ionenleitfähigkeit zu beeinträchtigen." Die Silizium-Anode erreichte eine durchschnittliche Coulomb-Wirkungsgrad 99,94 Prozent – also den Anteil des eingebrachten Ladungsträgers, der wieder entnommen werden kann.

Nach erreichten die Zellen eine Kapazität von 91,4 Prozent. Wie verhielten sie sich über die Zeit?

Nach 500 aufeinanderfolgenden Ladezyklen à sechs Minuten behielten die Zellen etwa 76 Prozent ihrer ursprünglichen Kapazität. „Unsere Testzelle zeigte hervorragende Leistung und erreichte nach 500 Zyklen à sechs Minuten eine Kapazitätsretention 76 Prozent", sagte Professor Qiao in einer Pressemitteilung. „Die Zellen wiesen zudem eine exzellente Stabilität bei einer Ladedauer könnte dazu beitragen, Elektrofahrzeuge zu ermöglichen, die in Minuten aufladen, ohne die Lebensdauer der Batterie oder die Energiedichte zu beeinträchtigen." Als nächster Schritt plant das Team die Skalierung der Technologie und deren Prüfung unter realen Betriebsbedingungen.

Die Ergebnisse wurden in Nature Energy veröffentlicht.