Kombination aus Festkörper- und Lithium-Ionen-Batterie zeigt hervorragenden Eigenschaften

Revolutionäre Batterie-Technologie: Japanische Forscher entwickeln Quasi-Solid-State-Batterie mit hoher Energiedichte.

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Eine neuartige Lithium-Ionen-Batterie soll die Vorteile eines Feststoffakkus haben. Das Geheimnis dahinter ist eine Mischung aus Festkörperbatterie und herkömmlichen Akkus. Diese Kombination weist hervorragende Eigenschaften auf und kann die Grenzen herkömmlicher Batterien überwinden. Die sogenannten Quasi-Solid-State-Batterien, die in Japan entwickelt wurden, sollen den Batteriemarkt revolutionieren.

Quasi-Solid-State-Batterien für die Zukunft

Gängige Lithium-Ionen-Batterien erreichen mittlerweile im Bereich Energiedichte und Ladeleistung ihre technischen Grenzen und bergen das Risiko, sich bei einem Unfall zu entzünden, wodurch es zu einem sogenannten Thermal Runaway kommt. Anders sieht es bei Feststoffakkus aus, denn diese scheinen für die Zukunft vielversprechend zu sein. Jedoch sind sie aktuell noch nicht marktreif und japanische Forscher möchten dies nun ändern. Laut eines Fachartikels im Journal of Energy Storage sollen Forschenden der Doshisha University eine Quasi-Solid-State-Batterie entwickelt haben.

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Hierbei handelt es sich um eine Kombination aus einem festen und einem flüssigen Elektrolyten, was wiederum dazu führt, dass die Quasi-Feststoffbatterien nicht entflammbar sind. Zudem verfügen sie über eine hohe Energiedichte und haben eine lange Lebensdauer. Ryosuke Kido, der leitende Forscher, betont zudem:

„Die von uns entwickelte, nicht-entflammbare Quasi-Festkörperbatterie, die einen flüssigen und einen festen Elektrolyten kombiniert, bietet eine sicherere und haltbarere Alternative zu reinen Festkörperbatterien mit hoher Energiedichte.“

Funktionsweise der neuen Batterie

Die negative Elektrode (Kathode) der Quasi-Solid-State-Batterie besteht aus Silizium (Si) und die positive Elektrode (Anode) besteht aus einem Material aus Lithium-Nickel-Mangan-Cobalt-Oxiden (NCM811). Die Trennung der beiden Elektroden erfolgt durch einen Separator aus Keramik. Außerdem wurden an der Anode und Kathode spezielle Materialien platziert, die kaum entflammbar sind. In Forschungstest zeichnete sich die neuartige Batterie vor allem durch eine gute Ionenleitfähigkeit, thermische Stabilität und elektrochemische Leistung aus.

Quasi-, Semi- und All-Solid-State-Batterien im Vergleich

Neben den neuartigen Quasi-Solid-State-Akkus gibt es auch noch Semi-Solid-State-Batterien und die All-Solid-State-Batterien. Die Semi-Solid-State-Akkus gelten als Brücke zwischen den All-Solid-State- und Quasi-Solid-State-Akkus. Bei dieser Technologie nutzt man feste Elektrolytmaterialien, die mit einer verminderten Menge an flüssigem Elektrolyten versetzt werden.

Selbstverständlich gibt es noch die All-Solid-State-Akkus, doch diese weisen einige Probleme auf. Hier ist der Elektrolyt ausschließlich aus festen Stoffen, was den Vorteil hat, dass die Batterie eine höhere Energiedichte erreichen kann. Außerdem kann der feste Elektrolyt nicht auslaufen, wodurch das Brandrisiko sehr gering ist. Nachteilig ist allerdings die sogenannte Atmung der Lithium-Metall-Anoden, da sich diese während des Lade- und Entladevorgangs ausdehnen. Dies verändert wiederum das Volumen. Eine weitere Herausforderung bei den All-Solid-State-Akkus stellt die geringe Lebensdauer dar; eine Folge, die durch die Bildung von Dendriten verursacht wird. Diese wachsenden Lithiumfasern zwischen den Elektroden (Dendriten) zerstören den Elektroden-Separator und können somit einem Kurzschluss auslösen.

Quellen / Weiterlesen

Neue Lithium-Ionen-Batterie hat die Vorteile eines Feststoffakkus | futurezone.at
Safe and Energy-Efficient Quasi-Solid Battery for Electric Vehicles and Devices | Doshisha University
Bildquelle: © Doshisha University

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