Chinesische Forscher haben einen bedeutenden Sprung in der Lithiumbatterietechnologie gemacht und eine Energiedichte von 700 Wattstunden pro Kilogramm (Wh/kg) erreicht. Dieser Durchbruch beseitigt langjährige Einschränkungen in der Elektrolytchemie und verändert möglicherweise die Landschaft der Energiespeicherung für Elektrofahrzeuge, Luft- und Raumfahrt sowie Anwendungen bei kaltem Wetter.
Bestehende Einschränkungen überwinden
Herkömmliche Lithium-Ionen-Batterien basieren auf Carbonatester-Lösungsmitteln, um Lithiumsalze aufzulösen. Diese Lösungsmittel sind zwar effektiv, haben aber auch Nachteile: Sie erfordern große Volumina, was eine weitere Erhöhung der Energiedichte verhindert, und ihre starken Wechselwirkungen mit Lithiumionen verlangsamen den Ladungstransfer, insbesondere in kalten Umgebungen (wo die Leistung unter -50 °C sinkt).
Um diese Probleme zu umgehen, entwickelte das Forschungsteam unter der Leitung von Professor Zhao Qing (Nankai-Universität), Akademiker Chen Jun und Forscher Li Yong (Shanghai Institute of Space Power Sources) eine neue Klasse von Elektrolyten unter Verwendung von fluorierten Kohlenwasserstofflösungsmitteln. Diese Lösungsmittel ermöglichen eine effizientere Auflösung von Lithiumsalzen mit besserer Benetzbarkeit und reduzieren so das insgesamt benötigte Elektrolytvolumen. Die schwächere Wechselwirkung zwischen Lithium und Fluor beschleunigt zudem den Ladungstransfer, selbst bei extrem niedrigen Temperaturen.
Wichtige Erkenntnisse und Leistung
Die neu entwickelten Lithiumbatterien erreichen 700 Wh/kg bei Raumtemperatur, eine erhebliche Steigerung gegenüber aktuellen kommerziellen Angeboten. Entscheidend ist, dass sie eine Leistung von nahezu 400 Wh/kg bei -50 °C beibehalten und so eine große betriebliche Herausforderung für Batterien lösen, die in rauen Klimazonen eingesetzt werden.
Laut Professor Zhao Qing konzentriert sich die Innovation auf die Manipulation der Elektronendichte und der Lösungsmittelmolekülstruktur von Fluor, um die Auflösung von Lithiumsalzen zu optimieren. Dieser Ansatz führt zu Batterien mit hoher Energiedichte und hervorragender Kältebeständigkeit.
Implikationen und Kontext
Diese Forschung ist von Bedeutung, da aktuelle Spitzenbatterien, wie die Qilin-Serie von CATL, auf Systemebene ihren Spitzenwert bei etwa 250-255 Wh/kg erreichen. Während sich die Zahl von 700 Wh/kg wahrscheinlich auf die Zelle selbst bezieht, stellt sie einen großen Schritt dar, die Fähigkeiten der heutigen Technologie zu übertreffen. Tatsächlich haben viele derzeit in der Entwicklung befindliche Festkörperbatteriedesigns Schwierigkeiten, 400 Wh/kg zu überschreiten.
Die Implikation ist klar: Diese Forschung hat die Energiedichte herkömmlicher Lithiumbatterien effektiv in den Bereich fortschrittlicher Festkörperalternativen gebracht.
Bei effektiver Skalierung könnte diese Innovation die Reichweite und Leistung von Elektrofahrzeugen drastisch steigern, die Robotik der nächsten Generation antreiben und neue Möglichkeiten für den Einsatz in der Luft- und Raumfahrt sowie in extremen Umgebungen eröffnen. Diese Entwicklung unterstreicht Chinas wachsende Dominanz in der Batterietechnologie und deutet auf eine mögliche Verschiebung auf dem globalen Energiespeichermarkt hin.
