Forscher entwickeln eine Membran, die Lithiumbatterien stabilisiert

"Lithium ist wie ein widerspenstiges Kind"

24.05.2022 - China

Für viele Menschen sind batteriebetriebene elektronische Geräte wie Mobiltelefone, Laptops und sogar Elektrofahrzeuge heute eine Notwendigkeit. Diese Geräte müssen jedoch in der Regel mindestens einmal am Tag aufgeladen werden. Um die Zeitspanne zwischen den Aufladungen zu verlängern, müssen Batterien entwickelt werden, die mehr Energie speichern können. Lithium-Metall-Elektroden versprechen zwar eine deutliche Verbesserung der Energiedichte, doch ihre mangelnde Stabilität führt zu einer kurzen Lebensdauer der Batterien und birgt erhebliche Sicherheitsrisiken.

In einer Studie, die in der KeAi-Fachzeitschrift Green Energy & Environment veröffentlicht wurde, stellt eine Gruppe von Forschern der Nankai-Universität in China und der britischen University of Cambridge eine neue Methode vor, die sie zur Stabilisierung von Lithiumelektroden entwickelt haben. Sie stützt sich auf einen Schutzfilm an der Elektrodenoberfläche mit umgekehrter Opalstruktur, der den Prozess der Ionenabscheidung auf der Elektrodenoberfläche wirksam kontrolliert.

"Lithium ist wie ein widerspenstiges Kind", erklärt einer der Autoren der Studie, Guoran Li, Professor für Materialchemie an der School of Materials Science and Engineering der Nankai University. "Sein launisches Verhalten bei der Elektrodenreaktion führt zu einer unebenen Elektrodenoberfläche und scharfen Dendriten, die den Separator durchbohren und einen Brand verursachen können. Dies macht die Batterie instabil und unsicher."

Um diese Unregelmäßigkeiten in den Griff zu bekommen, beschlossen Prof. Li und seine Forscherkollegen, von der traditionellen Methode zum Schutz der Elektrodenoberflächen vor Korrosion abzuweichen und eine Membran mit einer regelmäßigen Struktur und aktiven Komponenten zu entwickeln, die das Verhalten des Lithiums steuern.

Er sagt: "Die hochgradig geordneten Kanäle in der invers-opalen Struktur gleichen die Lithium-Ionen-Verteilung aus und regulieren effektiv jede Phase des Elektroabscheidungsprozesses, um das Endziel zu erreichen, d. h. die Lithium-Metallelektrode für die Batterien stabil zu machen."

Nach Ansicht von Wu Xuewen, dem Doktoranden, der die Untersuchung und Datenaufbereitung leitete, ist dies ein wertvolles Forschungsergebnis auf dem Gebiet der Lithium (Li)-Metallelektroden. "Unsere Forschung zeigt, dass die regelmäßige Struktur und die aktiven Komponenten der Schutzmembran den Reaktionsprozess der Elektrode wirksam regulieren können, um die endgültige elektrochemische Leistung zu verbessern." Er fügt hinzu: "Wir hoffen, dass unsere Studie eine neue Perspektive für die detaillierte Erforschung des Reaktionsprozesses von Li-Metall-Elektroden bieten und die praktische Anwendung von Hochleistungs-Li-Metall-Batterien fördern kann."

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Originalveröffentlichung

Xuewen Wu et al.; Inverse-opal structured TiO2 regulating electrodeposition behavior to enable stable lithium metal electrodes; Green Energy & Environment; 2022

https://www.chemie.de/news/1176219/forscher-entwickeln-eine-membran-die-lithiumbatterien-stabilisiert.html

Originalveröffentlichung

Xuewen Wu et al.; Inverse-opal structured TiO2 regulating electrodeposition behavior to enable stable lithium metal electrodes; Green Energy & Environment; 2022

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