Forskare vid Karlsruhe Institute of Technology (KIT) och samarbetsvilliga institutioner studerade strukturella förändringar under syntesen av katodmaterial för framtida högenergi litiumjonbatterier och fick nya stora fynd om nedbrytningsmekanismer. Dessa resultat kan bidra till utvecklingen av batterier med mycket högre kapacitet, vilket då skulle öka utbudet av elfordon. Resultaten redovisas i Naturkommunikation .

Än så länge, genombrottet för elektrisk mobilitet har hindrats av otillräckliga fordonsintervaller, bland andra. Litiumjonbatterier med ökad laddningskapacitet kan hjälpa. "Vi håller på att utveckla sådana högenergisystem, säger professor Helmut Ehrenberg, Chef för Institute for Applied Materials-Energy Storage Systems (IAM-ESS). "Baserat på grundläggande förståelse för elektrokemiska processer i batterier och genom innovativ användning av nya material, lagringskapacitet för litiumjonbatterier kan enligt vår mening ökas med upp till 30%. "På KIT, denna forskning bedrivs vid Center for Electrochemical Energy Storage Ulm &Karlsruhe (CELEST), den största tyska forskningsplattformen för elektrokemisk energilagring. Ehrenberg är biträdande talesperson för CELEST.

Litiumjonteknik med hög energi skiljer sig från konventionell teknik genom ett specifikt katodmaterial. I stället för skiktade oxider med varierande förhållanden nickel, mangan, och kobolt som har använts hittills, manganrika material med litiumöverskott appliceras, som avsevärt förbättrar energilagringskapaciteten per volym/massa katodmaterial. Dock, användning av dessa material har varit förknippat med ett problem hittills.

Under införandet och extraktionen av litiumjoner, d.v.s. batteriets grundläggande funktion, katodmaterialet med hög energi försämras. Efter en viss tid, den skiktade oxiden omvandlas till en kristallstruktur med mycket ogynnsamma elektrokemiska egenskaper. Som en oönskad följd, den genomsnittliga laddnings- och urladdningsspänningen minskar från början av processen, vilket har förhindrat utvecklingen av lämpliga litiumjonbatterier med hög energi hittills.

Nya fynd om nedbrytning

Den exakta nedbrytningsmekanismen var långt ifrån helt förstått. Ett team av forskare från KIT och samarbetsvilliga institutioner har nu beskrivit den grundläggande mekanismen i Naturkommunikation :"Baserat på detaljerade studier av det högenergiska katodmaterialet, vi fann att nedbrytning inte sker direkt, men indirekt via bildandet av en hittills knappt märkt litiumhaltig bergsaltstruktur, "säger Weibo Hua (IAM-ESS), en av huvudförfattarna till studien. "Dessutom, syre spelar en viktig roll i reaktionerna. "Förutom dessa resultat, studien avslöjar också att nya fynd om beteendet hos en batteriteknik inte nödvändigtvis behöver komma direkt från nedbrytningsprocessen. Weibo och de andra inblandade forskarna gjorde sin upptäckt i studier som utfördes medan katodmaterialet syntetiserades.

Dessa resultat av KIT markerar en viktig milstolpe på vägen mot högenergi litiumjonbatterier för elbilar. De möjliggör tester av nya metoder för att minimera nedbrytning i skiktade oxider och starta utvecklingen av denna nya batterityp.