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Neues Anodenmaterial für sichere und langlebige Batterien
28.07.2020

Neues Anodenmaterial für sichere und langlebige Batterien

Ein aussichtsreiches Anodenmaterial für Hochleistungszellen haben Forscher am KIT und an der Jilin-Universität in Changchun/China untersucht: Lithium-Lanthan-Titanat mit Perowskit-Kristallstruktur (LLTO). Wie in der Zeitschrift Nature Communications aufgeführt, kann LLTO die Energiedichte, Leistungsdichte, Laderate, Sicherheit wie auch die Lebensdauer von Batterien verbessern, ohne dass die Partikel von der Mikrometer- auf die Nanometerskala verkleinert werden müssen.

Die Nachfrage nach Elektrofahrzeugen steigt und parallel wächst der Bedarf an intelligenten Stromnetzen für eine nachhaltige Energieversorgung. Diese und weitere mobile und stationäre Technologien erfordern geeignete Batterien. Als besonders geeignet hierfür gelten Lithium-Ionen-Batterien, die in der Lage sind, möglichst viel Energie auf möglichst kleinem Raum bei möglichst geringem Gewicht zu speichern. Die Forschung versucht permanent, Energiedichte, Leistungsdichte, Sicherheit und Lebensdauer dieser Batterien zu steigern. Dabei kommt es v.a. auch auf die Elektrodenmaterialien an. Anoden in Lithium-Ionen-Batterien bestehen dabei aus einem Stromableiter sowie einem darauf aufgebrachten Aktivmaterial, in dem Energie in Form chemischer Bindungen gespeichert wird. Als Aktivmaterial kommt überwiegend Graphit zum Einsatz. Negative Elektroden aus Graphit haben jedoch eine niedrige Laderate und weisen häufig Sicherheitsprobleme auf. Unter den alternativen Aktivmaterialien wurde Lithium-Titanat-Oxid (LTO) bereits kommerzialisiert. Negative Elektroden mit LTO bieten den Vorteil einer höheren Laderate und größerer Sicherheit als solche mit Graphit, jedoch haben Batterien mit LTO-Anoden i.d.R. eine niedrigere Energiedichte.

Herausgefunden wurde nun, dass LLTO-Anoden im Vergleich zu kommerzialisierten LTO-Anoden ein niedrigeres Elektrodenpotenzial aufweisen, wodurch sich eine höhere Zellspannung und eine höhere Kapazität erreichen lassen. „Zellspannung und Speicherkapazität bestimmen letztendlich die Energiedichte einer Batterie“, so Professor Helmut Ehrenberg, Leiter des Instituts für Angewandte Materialien – Energiespeichersysteme (IAM-ESS) des KIT. LLTO-Anoden sollen künftig besonders sichere und langlebige Hochleistungszellen ermöglichen können. Dank der größeren Partikel soll LLTO prinzipiell auch einfachere und kostengünstigere Verfahren der Elektrodenherstellung ermöglichen können.

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Quelle: KIT, 28.07.2020
Bild: IAM, KIT (Julia Maibach)