{"id":61182,"date":"2020-08-03T03:14:00","date_gmt":"2020-08-03T01:14:00","guid":{"rendered":"https:\/\/www.sonnenseite.com\/?p=61182"},"modified":"2020-08-02T08:16:23","modified_gmt":"2020-08-02T06:16:23","slug":"anodenmaterial-fuer-sichere-und-langlebige-batterien","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.sonnenseite.com\/de\/wissenschaft\/anodenmaterial-fuer-sichere-und-langlebige-batterien\/","title":{"rendered":"Anodenmaterial f\u00fcr sichere und langlebige Batterien"},"content":{"rendered":"\n

Mit neuen Materialien sichere und langlebige Hochleistungszellen erm\u00f6glichen.Ein vielversprechendes Anodenmaterial f\u00fcr k\u00fcnftige Hochleistungsbatterien haben Forschende am Karlsruher Institut f\u00fcr Technologie (KIT) und an der Jilin-Universit\u00e4t in Changchun\/China untersucht: Lithium-Lanthan-Titanat mit Perowskit-Kristallstruktur (LLTO). Wie das Team in der Zeitschrift Nature Communications berichtet, kann LLTO die Energiedichte, Leistungsdichte, Laderate, Sicherheit und Lebensdauer von Batterien verbessern, ohne dass eine Verkleinerung der Partikel von der Mikrometer- auf die Nanometerskala erforderlich ist. (DOI: 10.1038\/s41467-020-17233-1<\/a>)<\/p>\n\n\n\n

Die Nachfrage nach Elektrofahrzeugen steigt. Zugleich w\u00e4chst der Bedarf an intelligenten Stromnetzen f\u00fcr eine nachhaltige Energieversorgung. Diese und weitere mobile und station\u00e4re Technologien erfordern geeignete Batterien. M\u00f6glichst viel Energie auf m\u00f6glichst kleinem Raum bei m\u00f6glichst geringem Gewicht zu speichern \u2013 diese Anforderung erf\u00fcllen Lithium-Ionen-Batterien (LIB) nach wie vor am besten. Die Forschung zielt darauf, Energiedichte, Leistungsdichte, Sicherheit und Lebensdauer dieser Batterien zu steigern. <\/p>\n\n\n\n

Dabei kommt es wesentlich auf die Elektrodenmaterialien an. Anoden in LIB bestehen aus einem Stromableiter und einem darauf aufgebrachten Aktivmaterial, in dem Energie in Form chemischer Bindungen gespeichert wird. Als Aktivmaterial dient ganz \u00fcberwiegend Graphit. Negative Elektroden aus Graphit haben allerdings eine niedrige Laderate. Zudem weisen sie Sicherheitsprobleme auf. Unter den alternativen Aktivmaterialien wurde Lithium-Titanat-Oxid (LTO) bereits kommerzialisiert. Negative Elektroden mit LTO bieten eine h\u00f6here Laderate und gelten als sicherer als solche mit Graphit. Allerdings haben LIB mit LTO-Anoden tendenziell eine niedrigere Energiedichte.<\/p>\n\n\n\n

Das Team um Professor Helmut Ehrenberg, Leiter des Instituts f\u00fcr Angewandte Materialien \u2013 Energiespeichersysteme (IAM-ESS) des KIT, hat nun ein weiteres vielversprechendes Anodenmaterial erforscht: Lithium-Lanthan-Titanat mit Perowskit-Kristallstruktur (LLTO). Wie die gemeinsam mit Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern der Jilin-Universit\u00e4t in Changchun, China, und weiterer Forschungseinrichtungen in China und Singapur durchgef\u00fchrte Studie ergeben hat, weisen LLTO-Anoden im Vergleich zu kommerzialisierten LTO-Anoden ein niedrigeres Elektrodenpotenzial auf, wodurch sich eine h\u00f6here Zellspannung und eine h\u00f6here Kapazit\u00e4t erreichen lassen. \u201eZellspannung und Speicherkapazit\u00e4t bestimmen letztendlich die Energiedichte einer Batterie\u201c, erkl\u00e4rt Ehrenberg. \u201eK\u00fcnftig k\u00f6nnten LLTO-Anoden besonders sichere und langlebige Hochleistungszellen erm\u00f6glichen.\u201c Die Studie tr\u00e4gt zur Arbeit der Forschungsplattform f\u00fcr elektrochemische Speicher CELEST (Center for Electrochemical Energy Storage Ulm & Karlsruhe) bei, einer der gr\u00f6\u00dften Batterieforschungsplattformen weltweit, in die auch das Exzellenzcluster POLiS eingebettet ist.<\/p>\n\n\n\n

Neben Energiedichte, Leistungsdichte, Sicherheit und Lebensdauer entscheidet auch die Laderate \u00fcber die Eignung einer Batterie f\u00fcr anspruchsvolle Anwendungen. Grunds\u00e4tzlich h\u00e4ngen maximaler Entladestrom und minimale Ladezeit vom Ionen- und Elektronentransport im Festk\u00f6rper und an den Grenzfl\u00e4chen zwischen Elektroden- und Elektrolytmaterialien ab. Um die Laderate zu verbessern, ist es \u00fcblich, die Partikelgr\u00f6\u00dfe des Elektrodenmaterials von der Mikrometer- auf die Nanometerskala zu reduzieren. Wie die in der Zeitschrift Nature Communications ver\u00f6ffentlichte Studie der Forscher des KIT und ihrer Kooperationspartner zeigt, erm\u00f6glichen bei perowskitstrukturiertem LLTO aber selbst Partikel von einigen Mikrometern eine h\u00f6here Leistungsdichte und eine bessere Laderate als LTO-Nanopartikel. Dies f\u00fchrt das Forscherteam auf sogenannte pseudokapazitive Eigenschaften von LLTO zur\u00fcck: An diesem Anodenmaterial lagern sich nicht nur einzelne Elektronen an, sondern ladungstragende Ionen, die \u00fcber schwache Kr\u00e4fte gebunden sind und reversibel Ladungen an die Anode \u00fcbertragen k\u00f6nnen. \u201eDank der gr\u00f6\u00dferen Partikel erm\u00f6glicht LLTO prinzipiell einfachere und kosteng\u00fcnstigere Verfahren der Elektrodenherstellung\u201c, erl\u00e4utert Ehrenberg.<\/p>\n\n\n\n

Originalpublikation (Open Access):<\/p>\n\n\n\n