In einer Zeit, in der die Nachfrage nach effizienter und nachhaltiger Energiespeicherung enorm ist, setzt eine bahnbrechende Entwicklung der School of Engineering and Applied Sciences der Harvard University neue Maßstäbe in der Batterietechnologie. Die Forscher haben eine neuartige Lithium-Metall-Batterie vorgestellt, die mindestens 6.000 Lade- und Entladezyklen übersteht und innerhalb weniger Minuten vollständig aufgeladen werden kann. Dieser revolutionäre Fortschritt wird nicht nur die Art und Weise, wie wir Batterien nutzen, verändern, sondern ebnet auch den Weg für praktischere Anwendungen in Branchen wie der Elektromobilität.
Der Kern dieser Forschung liegt in der Herstellung von Festkörperbatterien mit Lithium-Metall-Anoden, einem Verfahren, das neue Erkenntnisse über Materialien für potenziell revolutionäre Batterien ermöglicht. Die kürzlich in „Nature Materials“ veröffentlichte Studie unterstreicht die bedeutenden Fortschritte beim Verständnis und der Nutzung von Lithium-Metall-Anoden. Xin Li, der Autor der Studie, bemerkte: „Batterien mit Lithium-Metall-Anoden gelten als der heilige Gral der Batterien. Sie verfügen über eine zehnmal höhere Kapazität als handelsübliche Graphitanoden und könnten die Reichweite von Elektrofahrzeugen deutlich erhöhen. Unsere Forschung markiert einen entscheidenden Schritt hin zu praxistauglicheren Festkörperbatterien in industriellen und kommerziellen Anwendungen.“
Eine der größten Herausforderungen bei der Entwicklung dieser Batterien war die Bildung von Dendriten auf der Anodenoberfläche. Diese wurzelartigen Strukturen wachsen im Elektrolyten und durchdringen die Barriere zwischen Anode und Kathode, was zu Kurzschlüssen und sogar Bränden in der Batterie führen kann. Im Jahr 2021 lösten Li und sein Team dieses Problem, indem sie eine Mehrschichtbatterie entwickelten, bei der verschiedene Materialien unterschiedlicher Stabilität zwischen Anode und Kathode angeordnet waren. Dieses mehrschichtige Design aus mehreren Materialien blockierte die Lithiumdendriten zwar nicht vollständig, kontrollierte und begrenzte aber ihr Eindringen.
In seiner neuesten Forschung erzielte das Team weitere Fortschritte durch die Integration mikrometergroßer Siliziumpartikel in die Anode. Dieser Ansatz verkürzt die Lithiierungsreaktion und fördert die gleichmäßige Galvanisierung von dickem Lithiummetall, wodurch Dendritenbildung wirksam verhindert wird. Darüber hinaus können die Galvanisierungs- und Ablöseprozesse auf flachen Oberflächen schnell erfolgen, sodass die Batterie in nur 10 Minuten vollständig geladen werden kann.
In der Versuchsphase wurde eine Beutelbatterie von der Größe einer Briefmarke entwickelt, die zehn- bis zwanzigmal größer ist als die meisten in Universitätslabors hergestellten Knopfzellen. Bemerkenswerterweise behielt diese Batterie selbst nach 6.000 Zyklen noch 80 % ihrer Kapazität und übertraf damit andere derzeit auf dem Markt erhältliche Beutelbatterien.
Diese Innovation aus Harvard ist mehr als nur eine akademische Errungenschaft; sie stellt einen großen Fortschritt in der Batterietechnologie dar. Mit ihrer verbesserten Kapazität, Sicherheit und Effizienz birgt die von Li und seinem Team entwickelte Lithium-Metall-Batterie das Potenzial, die Energiespeicherung und -nutzung, insbesondere in Elektrofahrzeugen, zu revolutionieren und stellt einen wichtigen Meilenstein auf unserem Weg in eine nachhaltigere und energieeffizientere Zukunft dar.
Veröffentlichungszeit: 12. Januar 2024
