In einer Zeit, in der die Nachfrage nach effizienter und nachhaltiger Energiespeicherung ihren Höhepunkt erreicht, hat eine bahnbrechende Entwicklung der School of Engineering and Applied Sciences der Harvard University einen neuen Maßstab im Bereich der Batterietechnologie gesetzt. 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 verspricht nicht nur eine Veränderung der Art und Weise, wie wir Batterien nutzen, sondern ebnet auch den Weg für praktischere Anwendungen in Branchen wie Elektrofahrzeugen.
Der Kern dieser Forschung liegt in der Herstellung von Festkörperbatterien unter Verwendung von Lithium-Metallanoden, einer Methode, die neue Einblicke in Materialien für potenziell revolutionäre Batterien ermöglicht hat. Die kürzlich in „Nature Materials“ veröffentlichte Studie unterstreicht die bedeutenden Fortschritte beim Verständnis und der Nutzung von Lithiummetallanoden. Xin Li, der Autor des Papiers, bemerkte: „Lithium-Metallanodenbatterien gelten als der heilige Gral der Batterien.“ Sie verfügen über eine zehnmal höhere Kapazität als handelsübliche Graphitanoden und erhöhen möglicherweise die Reichweite von Elektrofahrzeugen erheblich. Unsere Forschung markiert einen entscheidenden Schritt hin zu praktischeren 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 durchbrechen die Barriere, die Anode und Kathode trennt, was zu Kurzschlüssen der Batterie und sogar zu Bränden führen kann. Im Jahr 2021 gingen Li und sein Team dieses Problem an, indem sie eine mehrschichtige Batterie entwarfen, bei der verschiedene Materialien unterschiedlicher Stabilität zwischen Anode und Kathode eingestreut wurden. Dieses mehrschichtige Multimaterial-Design blockierte Lithiumdendriten nicht vollständig, kontrollierte und begrenzte jedoch deren Penetration.
In ihrer neuesten Forschung hat das Team weitere Fortschritte gemacht, indem es mikrometergroße Siliziumpartikel in die Anode eingebaut hat. Dieser Ansatz verkürzt die Lithiierungsreaktion und fördert die gleichmäßige Galvanisierung von dickem Lithiummetall, wodurch die Dendritenbildung wirksam verhindert wird. Darüber hinaus können die Galvanisierungs- und Entschichtungsvorgänge auf ebenen Flächen schnell erfolgen, sodass die Batterie in nur 10 Minuten vollständig aufgeladen werden kann.
In der experimentellen Phase wurde eine Beutelbatterie in der Größe einer Briefmarke entwickelt, die zehn- bis zwanzigmal größer ist als die meisten in Universitätslabors hergestellten Münzbatterien. Bemerkenswerterweise behielt dieser Akku auch nach 6.000 Zyklen 80 % seiner Kapazität und übertraf damit andere derzeit auf dem Markt erhältliche Beutelbatterien.
Diese Innovation aus Harvard ist mehr als nur eine akademische Leistung; Es bedeutet einen großen Fortschritt in der Batterietechnologie. 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 einen wichtigen Meilenstein auf unserem Weg zu mehr Nachhaltigkeit und Energieeffizienz zu setzen Zukunft.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 12. Januar 2024
