Forscher des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) wollen die Speicherkapazität von Lithium-Ionen-Akkus in Hochenergie-Systemen mittels neuer Materialien um bis zu 30 Prozent erhöhen. Während bislang überwiegend Schichtoxide mit unterschiedlichen Verhältnissen von Nickel, Mangan und Kobalt verwendet werden, sollen künftig manganreiche Materialien mit Lithium-Überschuss die Energiespeicherfähigkeit deutlich erhöhen.

Allerdings gibt es beim Einsatz dieser Materialien bislang noch ein Problem, das die KIT-Experten nun untersucht haben: Bei der Ein- und Auslagerung von Lithium-Ionen degradiert das Hochenergie-Kathodenmaterial. Das Schichtoxid wandelt sich nach einiger Zeit in eine Kristallstruktur mit sehr ungünstigen elektrochemischen Eigenschaften. Folglich sinkt die mittlere Lade- und Entladespannung von Beginn an, was die Entwicklung von brauchbaren Hochenergie-Lithium-Ionen-Akkus bislang verhinderte.

Wie dieser Degradationsprozess abläuft, war bisher nicht vollständig verstanden. "Auf Basis von detaillierten Untersuchungen des Hochenergie-Kathodenmaterials konnten wir zeigen, dass die Degradation nicht direkt, sondern indirekt über die Bildung einer bislang wenig beachteten lithiumhaltigen Kochsalzstruktur abläuft", sagt Weibo Hua, einer der Hauptautoren der Studie. "Außerdem spielt auch Sauerstoff bei den Reaktionen eine entscheidende Rolle."

 

Die Forschungsergebnisse des KIT ermöglichen es nun, neue Ansätze zur Minimierung der Degradation in den Schichtoxiden zu testen und in die eigentliche Entwicklungsarbeit zu diesem verbesserten Akkutyp mit höherer Kapazität einzusteigen.

Neben diesen Ergebnissen zeigt die Studie außerdem, dass neue Erkenntnisse über das Verhalten einer Batterietechnologie nicht unbedingt direkt aus dem Degradationsprozess stammen müssen: Ihre Entdeckung hatten Weibo und seine beteiligten Kollegen sowie die internationale Wissenschaftler-Community nämlich anhand von Untersuchungen gewonnen, die während der Synthese des Kathodenmaterials durchgeführt wurden.

Details hat das KIT in der Zeitschrift "Nature Communications" publiziert. Die Entdeckung ist nur nicht für Elektrofahrzeuge von Bedeutung, sondern könnte künftig auch in die Entwicklung von Akkus von Notebooks, Smartphones und anderen Geräten einfließen.

(Florian Fügemann, pressetext.de)