Wie können leistungsfähige Lithium-Ionen-Batterien günstiger werden? Eine Möglichkeit wäre, preisgünstiges Lithium-Nickel-Oxid für die Kathode zu verwenden. Das scheiterte bisher daran, dass das Material nicht stabil genug ist. Eine Forschergruppe aus Mittelhessen konnte mit einem mikroskopischen Verfahren zeigen, wie Lithium-Nickel-Oxid genau aufgebaut ist und hofft auf neue Erkenntnisse.

Lithium-Nickel-Oxid nimmt beim Be- und Entladen Schaden

Wenn man Lithium-Nickel-Oxid als Kathodenmaterial von Lithium-Ionen-Akkus verwendet, verbilligt sich zwar die Batterie. „Das Material erleidet jedoch beim Laden und Entladen Schaden wegen des hohen Nickelgehalts, vor allem an der Oberfläche“, erklärt Professor Dr. Jürgen Janek von der Justus-Liebig-Universität Gießen. Das behindere den kommerziellen Einsatz von Lithium-Nickel-Oxid seit langer Zeit.

Professor Janek ist einer der Leitautoren einer Veröffentlichung in der Fachzeitschrift „Advanced Energy Materials“. Darin beschreibt er, wie er gemeinsam mit Kollegen und Kolleginnen ein neues Verfahren entwickelte, um Kathodenmaterial atomgenau zu kartieren. Denn warum Lithium-Nickel-Oxid beim Laden und Entladen Schaden nimmt, ist nicht klar. Es hätten bisher Methoden gefehlt, um die Anordnung aller einzelnen Atome in Lithium-Nickel-Oxid sichtbar zu machen, erläuterte Professorin Dr. Kerstin Volz, die Physik an der Philipps-Universität Marburg lehrt und Seniorautorin der Studie ist.

Neues Verfahren zeigt genaue Anordnung der Atome

„Insbesondere fehlen experimentelle Ergebnisse an Materialien, wie sie tatsächlich in einer Batterie verwendet werden könnten“, so Volz. Die Arbeitsgruppen von Volz und Janek entwickelten deshalb gemeinsam ein Verfahren, um die Anordnung der Elemente Atom für Atom abzubilden. Möglich machte es eine Kombination mehrerer Verfahren der Raster-Transmissions-Elektronenmikroskopie (STEM). Das Team hofft, dass die Ergebnisse jetzt dazu beitragen, neue Materialien mit verbesserter Stabilität zu entwickeln. Denn dann ließen sich die bewährten Lithium-Ionen-Batterien günstiger herstellen.

Die Justus-Liebig-Universität Gießen, die Philipps-Universität Marburg und die Technische Hochschule Mittelhessen gehören zum Forschungscampus Mittelhessen (FCMH). Einer der Forschungsschwerpunkte des FCMH ist die Materialforschung. Seine Aufgaben sind die Stärkung der regionalen Verbundbildung in der Forschung, Nachwuchsförderung und Forschungsinfrastruktur.

Quellen / Weiterlesen
Batterieforschung: Lithium kommt in Sicht | Universität Giessen
Lithium-Ionen-Akkus: leistungsfähigere Batteriematerialien in Sicht | Elektronik Praxis
Bessere Kathoden für Lithium-Ionen-Batterien | pro-physik.de
Bildquelle: © Universität Giessen

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