Chinesische Wissenschaftler haben die Energiedichte und Lebensdauer von Lithiumbatterien um das 2- bis 3-Fache erhöht.

Chinesische Forscher haben kürzlich die Grenzen hinsichtlich Energiedichte und Leistung herkömmlicher Lithium-Ionen-Batterien durchbrochen. Dabei entwickelten sie Pouch-Zellen mit einer Energiedichte von über 600 Wattstunden/kg sowie Modulbatterien mit einer Kapazität von 480 Wattstunden/kg. Diese Leistungskennzahlen verbessern die Energiedichte und Batterielebensdauer bestehender Lithium-Ionen-Batterien direkt um das 2- bis 3-Fache.

Mit der rasanten Entwicklung aufstrebender Bereiche wie der elektrischen Mobilität, der Niedrigflughöhenwirtschaft, der Unterhaltungselektronik und humanoider Roboter wird der Bedarf an wiederaufladbaren Batterien mit hoher Energiedichte und langer Lebensdauer zunehmend dringlich. Die Energiedichte ist eine zentrale Batteriekenngröße. Mehr Energie zu speichern und gleichzeitig Gewicht und Abmessungen zu reduzieren, stellt eine technische Herausforderung dar, die Forscher weltweit zu bewältigen versuchen.

Lithium-Metall-Batterien weisen eine deutlich höhere theoretische Energiedichte als herkömmliche Lithium-Ionen-Batterien auf und gelten daher als Batterietechnologie der nächsten Generation, mit der sich die Leistungsengpässe und die begrenzte Batterielebensdauer bestehender Batterien überwinden lassen. Die derzeitigen Elektrolytdesigns haben jedoch Schwierigkeiten, die Anforderungen an eine höhere Energieabgabe und eine längere Zyklenlebensdauer der Batterie gleichzeitig zu erfüllen.

Nach jahrelanger innovativer Forschung und zahlreichen technischen Durchbrüchen hat ein Forschungsteam der Tianjin-Universität gemeinsam mit seinen Kooperationspartnern ein neuartiges "delokalisiertes" Designkonzept für Elektrolyte von Lithium-Metall-Batterien mit hoher Energiedichte entwickelt. Dieses Konzept löst die traditionelle Abhängigkeit des Elektrolytdesigns von einer dominierenden Solvatationsstruktur und ermöglicht sowohl eine höhere Energiedichte als auch eine umfassende Leistungsverbesserung. Die Forschungsergebnisse wurden am 13. August in der internationalen Fachzeitschrift Nature veröffentlicht.

Hu Wenbin, Professor an der Fakultät für Materialwissenschaft und Ingenieurwesen der Tianjin-Universität und Leiter des Teams, erklärte, dass das Forschungsteam durch diese Innovation die Leistungsziele der Hochenergiebatterie "Battery600" erreicht und die Skalierbarkeit des Hochenergie-Batteriepacks "Pack480" erfolgreich umgesetzt habe. Damit wurde eine wichtige Grundlage für die künftige Anwendung von Lithium-Metall-Batterien geschaffen. Darüber hinaus weist die Technologie eine hervorragende Zyklenstabilität und Sicherheit auf.

Derzeit treibt das Team unter Nutzung nationaler Plattformen wie der Nationalen Innovationsplattform der Tianjin-Universität für die Integration von Industrie, Bildung und Forschung im Bereich Energiespeichertechnologie sowie des Nationalen Schlüssellabors für funktionale Edelmetallmaterialien aktiv die technische Überführung und Anwendungsvalidierung dieser Forschungsergebnisse voran. Es wurde bereits eine Pilotproduktionslinie für Lithium-Metall-Batterien mit hoher Energiedichte eingerichtet. Diese Batterien wurden erfolgreich in drei Modellen vollelektrischer unbemannter Kleinstluftfahrzeuge in China eingesetzt und verlängerten die Flugzeit im Vergleich zu bestehenden Batterien um das 2,8-Fache.

Berichten zufolge beherrscht das Team inzwischen die Kerntechnologien der gesamten Wertschöpfungskette von Lithium-Batterien mit hoher Energiedichte, nämlich "Materialien-Elektrolyt-Elektrode-Batterie". Alle Rohstoffe und Schlüsseltechnologien sind unabhängig kontrollierbar, und das Team verfügt über die Fähigkeit zur Massenproduktion mit hoher Konsistenz. Es wird erwartet, dass die vollständige Inbetriebnahme in der zweiten Jahreshälfte dieses Jahres erfolgt.