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Villigen – Forschende des Paul Scherrer Instituts (PSI) haben eine bahnbrechende Methode entwickelt, die die Leistung von Lithium-Ionen-Akkus deutlich verbessert. Dank einer neuen
Schutzschicht, die mit nachhaltigen Verfahren hergestellt wird, können Batterien künftig höhere Spannungen erreichen und somit effizienter arbeiten. Die Ergebnisse der Studie wurden im
Fachjournal ChemSusChem veröffentlicht.
Ein Schritt Richtung effizientere Akkus
Lithium-Ionen-Akkus sind eine Schlüsseltechnologie für die Energiewende, insbesondere in Elektrofahrzeugen und stationären Energiespeichern. Eine erhöhte Energiedichte ist essenziell, um die Leistung weiter zu steigern. Das Team um Dr. Mario El Kazzi vom Zentrum für Energie- und Umweltwissenschaften des PSI hat hierfür eine innovative Schutzschicht entwickelt, die eine Betriebsspannung von bis zu 4,8 Volt ermöglicht – bisher galten 4,3 Volt als technische Grenze.
„Höhere Spannungen führen zu einer gesteigerten Energiedichte, doch ohne Schutzschicht ist dies nicht umsetzbar“, erklärt El Kazzi. Denn bei höheren Spannungen treten chemische Abbauprozesse auf, die die Kathodenoberfläche schädigen und die Akkulebensdauer verkürzen.
Nachhaltige Technologie mit vielseitigen Vorteilen
Das Verfahren nutzt Trifluormethan (CHF3), ein Nebenprodukt aus der Kunststoffherstellung, das als extrem klimaschädliches Treibhausgas gilt. Durch eine Reaktion mit einer Lithiumkarbonat-Schicht auf der Kathode wird das Gas in eine stabile Schutzschicht aus Lithiumfluorid (LiF) umgewandelt. Diese bewahrt die elektrochemische Stabilität der Kathode, ohne die Beweglichkeit der Lithium-Ionen einzuschränken – ein entscheidender Faktor für die Batterieleistung.
Die Tests zeigten beeindruckende Ergebnisse: Nach 100 Ladezyklen wiesen Akkus mit der neuen Schutzschicht einen Kapazitätserhalt von über 94 % auf, während unbehandelte Zellen lediglich 80 % erreichten. Zudem blieb die Impedanz um 30 % niedriger, was die Effizienz zusätzlich erhöhte.
Kreislaufwirtschaft und Klimaschutz vereint
Das Verfahren bietet nicht nur technische, sondern auch ökologische Vorteile. CHF3 wird recycelt und langfristig in der Schutzschicht gebunden, wodurch seine schädlichen Emissionen verhindert werden. „Damit schlagen wir zwei Fliegen mit einer Klappe: Wir steigern die Akkuleistung und leisten einen wichtigen Beitrag zum Klimaschutz“, betont El Kazzi.
Die Technologie könnte universell auf verschiedene Akkutypen angewendet werden, einschließlich moderner Hochspannungsbatterien mit Nickel- oder Lithium-reichen Kathoden.
Ein Blick in die Zukunft
Mit dieser Innovation setzt das PSI einen wichtigen Meilenstein auf dem Weg zu leistungsfähigeren und nachhaltigeren Energiespeichern. Die Ergebnisse bieten nicht nur Chancen für die Elektromobilität, sondern auch für zahlreiche andere Anwendungen, die auf Lithium-Ionen-Akkus setzen.
Herausgeber
Paul Scherrer Institut
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