För närvarande, litiumjonbatterier är den vanligaste lösningen för mobil strömförsörjning. I vissa applikationer, dock, den når sina gränser. Detta gäller särskilt för elektrisk mobilitet, där lätta och kompakta fordon med stor räckvidd önskas. Litium-metallbatterier kan vara ett alternativ. De kännetecknas av en hög energitäthet, vilket innebär att de lagrar mycket energi per massa eller volym. Fortfarande, stabilitet är ett problem, eftersom elektrodmaterialen reagerar med konventionella elektrolytsystem.

Forskare vid Karlsruhe Institute of Technology (KIT) och Helmholtz-institutet Ulm för elektrokemisk energilagring (HIU) har nu hittat en lösning. Som rapporterats i Joule , de har använt en lovande ny kombination av material. En koboltfattig, nickelrik skiktad katod (NCM88) når en hög energitäthet. Med det vanligtvis tillämpade, kommersiellt tillgänglig organisk elektrolyt (LP30), dock, stabilitet lämnar mycket övrigt att önska. Lagringskapaciteten minskar med ett ökande antal cykler. Professor Stefano Passerini, Direktör för HIU och chef för Electrochemistry for Batteries Group, förklarar anledningen:"I elektrolyten LP30, partiklar spricker på katoden. Inuti dessa sprickor, elektrolyten reagerar och skadar strukturen. Dessutom, ett tjockt mossigt litiumhaltigt lager bildas på anoden." Av denna anledning, forskarna använde en icke-flyktig, dåligt brandfarlig, dual-anjon jonisk flytande elektrolyt (ILE) istället. "Med hjälp av ILE, strukturella modifieringar på den nickelrika katoden kan reduceras avsevärt, " säger Dr Guk-Tae Kim från Electrochemistry for Batteries Group vid HIU.

Kapacitet 88 procent efter 1000 cykler

Resultaten:Litiummetallbatteriet med NCM88-katoden och ILE-elektrolyten når en energitäthet på 560 wattimmar per kilogram (Wh/kg) – baserat på den totala vikten av de aktiva materialen. Dess initiala lagringskapacitet är 214 milliampere timmar per gram (mAh g ^-1 ) av katodmaterialet. Efter 1000 cykler, 88 procent av kapaciteten behålls. Den genomsnittliga Coulombic effektiviteten, dvs. förhållandet mellan urladdning och laddningskapacitet, är 99,94 procent. Eftersom batteriet kännetecknas av en hög säkerhet, forskarna har tagit ett viktigt steg mot koldioxidneutral mobilitet.