Neues Material könnte die Lebensdauer von Lithium-Batterien deutlich verlängern

Neues Material könnte die Lebensdauer von Lithium-Batterien deutlich verlängern

Forschende der Hong Kong University of Science and Technology haben ein neues Material entwickelt, das eines der zentralen Probleme von Lithium-Metall-Batterien lösen könnte: die Bildung von Dendriten. Diese nadelartigen Strukturen können Kurzschlüsse verursachen und die Alterung der Batterie beschleunigen.

Einkristallines COF als Festkörperelektrolyt

Das Team entwickelte ein einkristallines, dreidimensionales borathaltiges kovalentes organisches Gerüst – einen ideal geordneten molekularen „Baukasten“, dessen Bestandteile zu einem einheitlichen Kristallgitter verbunden sind. Das Material fungiert als Festkörperelektrolyt.

Anders als die meisten bisher verfügbaren polykristallinen COF-Strukturen besitzt die neue Variante geordnete Kanäle für den Ionentransport. Dadurch wird Lithium gleichmäßiger abgeschieden. Nach Angaben der Forschenden lässt sich so das Wachstum von Dendriten eindämmen, während Stabilität und Sicherheit der Batterie steigen.

Hohe Kapazitätserhaltung in Lithium-Metall-Batterien

In vollständigen Zellen mit einer LiFePO4-Kathode behielten die Akkus nach 600 Zyklen 91,8 % ihrer Kapazität. Gleichzeitig erreichte die coulombsche Effizienz 99,98 %. Das bedeutet, dass nahezu die gesamte Energie, die beim Laden in den Akku eingebracht wird, beim Entladen tatsächlich wieder abgegeben wird.

Die Wissenschaftler sehen in dieser Struktur einen wichtigen Schritt hin zu praxistauglichen Festkörper-Lithium-Metall-Batterien für Elektrofahrzeuge, Energiespeicher und weitere Systeme, bei denen eine hohe Energiedichte und lange Lebensdauer besonders entscheidend sind.