In einer signifikanten Studie des Oak Ridge National Laboratory wurde die Wechselwirkung von Lithium-Ionen in Polymer-Elektrolyten mittels Quasi-Elastischer Neutronenstreuung untersucht. Dies könnte die Entwicklung leistungsfähigerer und sichererer Lithiumbatterien maßgeblich vorantreiben.
Die Sicherheit und Effizienz von Lithiumbatterien könnte bald einen erheblichen Sprung machen, dank einer neuen Entdeckung im Bereich der Batterietechnologie. Ein internationales Forscherteam nutzte die Quasi-Elastische Neutronenstreuung, um erstmals zu messen, wie schnell Lithium-Ionen aus sogenannten Solvatisierungskäfigen in einer Mischung aus Lithiumsalz und organischem Polymer-Elektrolyt entkommen können. Diese Messung markiert einen entscheidenden Fortschritt, da sie nur eine Nanosekunde — ein milliardstel Sekunde — beträgt.
Fortschritt in der Batterieforschung
Eugene Mamontov, Leiter der Gruppe für Chemische Spektroskopie am ORNL, erläutert, dass diese Erkenntnisse nicht nur technische Neuerungen ermöglichen, sondern auch die Sicherheit erhöhen: „Polymer-Elektrolyte fangen im Gegensatz zu flüssigen Elektrolyten in Lithiumbatterien nicht Feuer.“ Dies macht sie besonders attraktiv für die Anwendung in Energiespeicherlösungen.
Die Neutronenstreuung ermöglichte es den Wissenschaftlern zudem, bestehende Computermodelle zu bestätigen und beendete eine langjährige Debatte über die Dynamik von Lithium-Ionen in Polymer-Elektrolyten. Naresh Osti, Wissenschaftler für Neutronenstreuung am ORNL, betont die Bedeutung dieser Technik:
„Neutronen sind extrem sensibel für Wasserstoff, der in nahezu allen Elektrolyten vorhanden ist. Dies ermöglichte es uns, Bewegungen im System zu beobachten und die Dynamik der Polymer-Elektrolyte auf einem noch nie da gewesenen Detailniveau zu verstehen.“
Potenzial für die Zukunft
Die Ergebnisse öffnen nicht nur Türen für die schnelle Überprüfung neuer Batteriematerialien am ORNL, sondern auch für die Entwicklung energiedichterer Elektroden, wie etwa aus Lithiummetall, was zu leistungsfähigeren Lithiumbatterien führen könnte. Nitash Balsara, Professor für Elektrochemie an der University of California, Berkeley, ergänzt: „Unsere Erkenntnisse deuten darauf hin, dass dieser allgemeine Ansatz auch auf flüssige Elektrolyte anwendbar ist.“
Diese Fortschritte könnten die Art und Weise, wie wir Energie speichern und nutzen, grundlegend verändern, besonders im Bereich der Stromspeicher fürs Eigenheim und in Anwendungen wie Powerbanks und E-Bike-Akkus.
