Prototyp der Batterie mit dem neuen Kathodenmaterial. Foto: Genevieve Martin, Oak Ridge National Laboratory (ORNL), Informationen zu Creative Commons (CC) Lizenzen, für Pressemeldungen ist der Herausgeber verantwortlich, die Quelle ist der Herausgeber
Forscher laden Elektroautos in nur 15 Minuten auf, Molybdän Wolfram Niobat Legierung statt Graphit als Kathodenmaterial in Lithium Ionen Akkus
Oak Ridge, Knoxville, 23. September 2022
Forscher vom Oak Ridge National Laboratory (ORNL) des #US Energieministeriums DOE und der University of Tennessee haben einen leistungsfähigen #Ersatz für das in Lithium Ionen Batterien üblicherweise verwendete Kathodenmaterial Graphit gefunden. Die #Molybdän #Wolfram Niobat Legierung verkürzt die Schnellladezeit drastisch. Das DOE hat sie auf 15 Minuten oder weniger festgelegt, um mit den Tankzeiten von gasbetriebenen Fahrzeugen zu konkurrieren, ein Meilenstein, der mit Graphit nicht erreichbar zu sein scheint.
Hinderliche Ablagerungen
Lithium Ionen Batterien (LIBs) spielen eine wesentliche Rolle im Portfolio der sauberen Energietechnologien der #USA. Die meisten hybriden und vollelektrischen Fahrzeuge verwenden LIBs. Diese wiederaufladbaren Batterien bieten Vorteile in Bezug auf Zuverlässigkeit und Effizienz, da sie mehr Energie speichern, sich schneller aufladen lassen und eine höhere Lebensdauer haben als die heute überwiegend eingesetzten Blei Säure #Batterien für den Start von #Verbrennungsmotoren. »Um die Ladezeit drastisch zu verkürzen, sind neue #Werkstoffe und Synthesemethoden nötig, die die Industrie in der Massenproduktion einsetzen kann«, so ORNL Chemiker Sheng Dai. Die neue Legierung sei die bisher beste Lösung.
Beim grundlegenden Batterie Design sind 2 feste Elektroden – eine positive Kathode und eine negative Anode - durch eine Elektrolytlösung und einen Separator voneinander getrennt. In LIBs bewegen sich Lithiumionen zwischen Kathode und Anode hin und her, um #Strom zu speichern und freizusetzen. Graphitanoden lassen während des Ladevorgangs auf der Anodenoberfläche eine Ablagerung entstehen, die die Bewegung von Lithium Ionen hemmt und damit die Ladezeit verlängert.
Durchbruch mit Sol Gel #Technik
Das Team hat die neue Legierung mithilfe der Sol Gel Technik hergestellt, die sich leicht skalieren lässt, also für eine industrielle Produktion geeignet ist, und wenig Energie verbraucht. Das hergestellte Gel entstammt einer Mischung aus ionischer Flüssigkeit und Metallsalzen und wurde anschließend mit #Wärme behandelt, um die endgültigen Eigenschaften des Materials zu verbessern. Die ionische Flüssigkeit lässt sich recyceln und immer wieder verwenden. Der Schlüssel zum Erfolg des Materials ist seine nanoporöse Struktur, die die elektrische Leitfähigkeit verbessert, also der Beweglichkeit von Lithiumionen und Elektronen nicht im Wege steht, was ein schnelles #Aufladen ermöglicht.
