Koreanische Forscher haben ein neues Material entwickelt, mit dem Akkus sehr schnell aufgeladen werden können, ohne dass ihre Eigenschaften beeinträchtigt werden. Es ist vollständig skalierbar und mit der bestehenden Produktion kompatibel.
Laut einer Studie, die in der Zeitschrift Advanced Functional Materials veröffentlicht wurde, kombiniert die Anode Standard-Graphitpartikel (Mesokohlenstoff-Mikrokugeln, MCMB) mit gebogenen Nanoblättern aus organischem Material – chloriertem, gekrümmtem Hexabenzocoron (Cl-cHBC). Diese gekrümmten Nanoblätter schaffen zusätzliche Zwischenräume und Nanokanäle, durch die Lithiumionen effizienter wandern als in herkömmlichem Graphit.
Schnelles Laden ohne Kapazitätsverlust
Ein ernstes Problem bei schnell ladbaren Akkus ist die lithiumhaltige Beschichtung: Bei hohen Strömen kann sich „totes Lithium” auf der Oberfläche der Anode ansammeln und die Kapazität irreversibel verringern. Die neue Hybridkonstruktion löst dieses Problem grundlegend.
Die Kombination aus Graphit und gebogenen Nanoblättern sorgt für einen sequenziellen Prozess der Lithium-Ionen-Einlagerung: Die Lithium-Ionen dringen zunächst in die Nanoblätter und dann in den Graphit ein. Diese schrittweise Einlagerung verhindert die Bildung von „totem“ Lithium und ermöglicht ein schnelles Laden ohne Kapazitätsverlust, was durch theoretische Simulationen bestätigt wird.Dank der Kombination aus MCMB-Graphit und gekrümmten Cl-cHBC-Nanoschichten ermöglicht diese Hybridanode eine schnelle Installation von Lithium-Ionen-Batterien, sodass diese schnell aufgeladen werden können, ohne dass es zu Kapazitätsverlusten aufgrund der Lithiumbeschichtung kommt. © UNIST
Skalierbarkeit und Kompatibilität mit der bestehenden Batterieproduktion
Die Forscher betonen, dass der Produktionsprozess skalierbar und mit der bestehenden Batterieproduktion kompatibel ist, was die wirtschaftliche Rentabilität erhöht.
Darüber hinaus eröffnet die chemische Flexibilität der Nanoblätter Möglichkeiten für andere Energietechnologien wie Natrium-Ionen-Batterien, die aufgrund der Verbreitung von Natrium und seiner geringen Kosten attraktiv sind.
Der globale Wettlauf um Batterien
Dieser koreanische Durchbruch ist Teil eines größeren globalen Wettlaufs um Batterien der nächsten Generation. Forscher der Tohoku-Universität haben eine wirklich funktionsfähige Magnesiumbatterie entwickelt, und Toyota hat sich voll und ganz der Entwicklung von Festkörperbatterien verschrieben, um nur einige Beispiele zu nennen.
Die Batterieindustrie steht also nicht still, und Innovationen wie diese Hybridanode sind Teil einer rasanten Entwicklung hin zu schnelleren, nachhaltigeren und leistungsfähigeren Energiespeichersystemen.
Die Eigenschaften des neuen Anodenmaterials zeigen, dass sich die Zelle schneller auflädt, stabiler arbeitet und einen effizienten Lithiumtransport gewährleistet. Die Batterieindustrie steht offensichtlich nicht still. © Advanced Functional Materials
Ein klarer Plan
Mit der Einführung dieser Hybridanode wird eine Zukunft möglich, in der Elektroautos in wenigen Minuten aufgeladen werden können und Smartphones auch bei intensiver Nutzung länger funktionieren.
Der Mechanismus der sequenziellen Einfügung ist ein klarer Entwurf für die Herstellung von Akkus, die sowohl schnell aufgeladen werden können als auch eine lange Lebensdauer haben, was ein Schritt auf dem Weg zu einer Revolution im Bereich der Akkus ist, die Wissenschaftler seit vielen Jahren anstreben.
