Die Kapazität der Batterien gilt als Schlüssel für den Durchbruch der Elektromobilität. Denn mit leistungsfähigeren Akkus kann die Reichweite erhöht oder das Gewicht der Elektroautos gesenkt werden. Die Reichweite eines E-Autos würde bei gleichbleibender Batteriegröße um rund ein Drittel zulegen.
Für Hochenergie-Varianten der Lithium-Ionen-Technologie wird in Experimenten bislang ein anderes Kathodenmaterial eingesetzt: Bislang wurden Schichtoxide mit unterschiedlichen Verhältnissen von Nickel, Mangan und Kobalt verbaut. Insbesondere die Gewinnung des Kathodenmaterials Kobalt sorgt wegen fragwürdiger Förderbedingungen immer wieder für Kritik.
In Hochenergie-Akkus kommen dagegen manganreiche Materialien mit Lithium-Überschuss zum Einsatz, was die Energiespeicherfähigkeit deutlich erhöht.
Allerdings hat das neue Kathodenmaterial bislang noch ein Problem: Das Schichtoxid wandelt sich nach einiger Zeit in eine Kristallstruktur mit sehr ungünstigen elektrochemischen Eigenschaften. Damit sinkt die mittlere Lade- und Entladespannung von Beginn an - was die Akkus für die Hersteller bislang unbrauchbar macht.
Die Karlsruher Forscher haben nun aber herausgefunden, wie diese Degradation minimiert werden könnte. „Auf Basis von detaillierten Untersuchungen des Hochenergie-Kathodenmaterials konnten wir zeigen, dass die Degradation nicht direkt, sondern indirekt über die Bildung einer bislang wenig beachteten lithiumhaltigen Kochsalzstruktur abläuft“, sagt Weibo Hua, einer der Hauptautoren der Studie. „Außerdem spielt auch Sauerstoff bei den Reaktionen eine entscheidende Rolle.“
Die Entdeckung des Wirkmechanismus mache es möglich, nun neue Ansätze zur Minimierung der Degradation zu testen und in die eigentliche Entwicklungsarbeit zu Hochenergie-Akkus einzusteigen, heißt es in einer Mitteilung des Instituts.
Text:
Herbert Wackenhut
Quellen:
06.12.2019 Holger Holzer, Handelsblatt, Karlsruher Forscher finden Weg gegen Batterie-Alterung
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