Ein Team von Wissenschaftlern hat einen Feststoffelektrolyten aus einem vernetzten Polymer entwickelt, der eine hohe ionische Leitfähigkeit und Stabilität aufweist und vielversprechend für Lithiumbatterien der nächsten Generation ist. Dieses neue Material behält über 90% der Batteriekapazität nach 300 Ladezyklen und bietet eine sicherere Alternative zu herkömmlichen flüssigen Elektrolyten.
Die Herausforderung: Ein sicherer Ersatz für flüssige Elektrolyte
Historisch gesehen verwendeten Batterien hauptsächlich flüssige Elektrolyte, doch es wurde hartnäckig nach einem festen Ersatz gesucht. In den 1970er Jahren wurden Festpolymer-Elektrolyte auf Polyethylenoxid (PEO)-Basis entwickelt, die einige Vorteile, insbesondere in puncto Sicherheit, boten. Im Vergleich zu herkömmlichen Lithium-Ionen-Batterien besteht bei solchen mit Polymer-Elektrolyten ein geringeres Risiko, in Situationen wie Autounfällen oder im Frachtraum von Flugzeugen zu entzünden.
Der Durchbruch: Ein hochleitfähiger Feststoffelektrolyt
Leider ist die Ionenleitfähigkeit von Polymer-Elektrolyten bei Raumtemperatur einfach zu gering, um praktikabel zu sein. Quanfeng Dong und Kollegen haben einen Feststoffelektrolyt aus einem vernetzten Polymer entwickelt, bestehend aus 1,3-Dioxolan (DOL) und Pentaerythritolglycidylether (PEG).
Dieser intrinsische Polymer-Elektrolyt (IPE) hat eine dreidimensionale Netzstruktur und weist eine ionische Leitfähigkeit von bis zu 0,49 Millisiemens pro cm bei Raumtemperatur auf – weit höher als PEO.
Der intrinsische Polymer-Elektrolyt erreicht Wanderungszahlen für Lithiumionen von bis zu 0,85. Batterien, die mit intrinsischen Polymer-Elektrolyten hergestellt werden, behalten nach 300 Lade- und Entladezyklen mehr als 90% ihrer Speicherkapazität. Die Autoren sind der Ansicht, dass dieses Material eine gute Wahl für Lithiumbatterien der nächsten Generation mit hoher Energiedichte sein könnte.
Fazit
Die Entwicklung dieses hochleitfähigen Feststoffelektrolyten könnte den Weg für Lithiumbatterien der nächsten Generation ebnen. Diese Batterien könnten nicht nur leistungsstärker sein, sondern auch sicherer und langlebiger. Damit könnten sie eine wichtige Rolle in der Energiespeicherung und Elektromobilität spielen.
Referenz: “Ein intrinsischer Polymer-Elektrolyt durch in-situ Vernetzung für feste Lithiumbatterien mit hoher Leistungsfähigkeit” von Chen Li, Ajuan Hu, Xinan Zhang, Hongbin Ni, Jingmin Fan, Ruming Yuan, Mingsen Zheng und Quanfeng Dong https://academic.oup.com/pnasnexus/article/2/9/pgad263/7257346?login=false
