Kürzlich haben chinesische Forscher die Engpässe bei Energiedichte und Leistung herkömmlicher Lithium-Ionen-Batterien durchbrochen und Pouch-Zellen mit einer Energiedichte von über 600 Wattstunden/kg sowie Modulbatterien mit einer Kapazität von 480 Wattstunden/kg entwickelt. Diese Leistungskennzahlen verbessern die Energiedichte und Batterielaufzeit bestehender Lithium-Ionen-Batterien direkt um das 2-3-Fache.

Mit der rasanten Entwicklung aufstrebender Bereiche wie elektrischer Verkehr, Niedrigluftraumwirtschaft, Unterhaltungselektronik und humanoide Roboter wird der Bedarf an wiederaufladbaren Batterien mit hoher Energie und langer Lebensdauer immer dringlicher. Die Energiedichte ist eine zentrale Batteriekennzahl, und die Frage, wie mehr Energie bei geringerem Gewicht und kleinerem Volumen gespeichert werden kann, ist eine technische Herausforderung, an deren Lösung Forscher weltweit arbeiten.

Lithium-Metall-Batterien gelten aufgrund ihrer deutlich höheren theoretischen Energiedichte im Vergleich zu herkömmlichen Lithium-Ionen-Batterien als Batterietechnologie der nächsten Generation, die die Leistungsengpässe und die Batterielaufzeit bestehender Batterien verbessern kann. Aktuelle Elektrolytdesigns haben jedoch Schwierigkeiten, die Anforderungen an eine höhere Energieabgabe der Batterie und eine längere Zyklenlebensdauer gleichzeitig zu erfüllen.

Nach jahrelanger innovativer Forschung und technischer Durchbrüche hat ein Forschungsteam der Universität Tianjin gemeinsam mit seinen Kooperationspartnern ein "delokalisiertes" Designkonzept für Elektrolyte von Hochenergie-Lithium-Metall-Batterien entwickelt. Dieses Konzept durchbricht die Abhängigkeit des traditionellen Elektrolytdesigns von einer dominierenden Solvatationsstruktur und erzielt sowohl eine höhere Energiedichte als auch eine verbesserte Gesamtleistung. Die Forschungsergebnisse wurden am 13. August in der internationalen Fachzeitschrift Nature veröffentlicht.

Hu Wenbin, Professor an der School of Materials Science and Engineering der Universität Tianjin und Leiter des Teams, erklärte, dass das Forschungsteam durch diese Innovation die Leistungsziele für die Hochenergiedichte-Batterie "Battery600" erreicht und erfolgreich die Skalierbarkeit für das Hochenergiedichte-Batteriepack "Pack480" realisiert habe, wodurch eine wichtige Grundlage für die zukünftige Anwendung von Lithium-Metall-Batterien geschaffen wurde. Darüber hinaus weist die Technologie auch eine ausgezeichnete Zyklenstabilität und Sicherheit auf.

Derzeit treibt das Team unter Nutzung nationaler Plattformen wie der National Energy Storage Technology Industry-Education Integration Innovation Platform der Universität Tianjin und des National Key Laboratory of Precious Metal Functional Materials aktiv die technische Umsetzung und Anwendungsverifizierung dieser Ergebnisse voran. Es hat bereits eine Pilotproduktionslinie für Hochenergie-Lithium-Metall-Batterien aufgebaut, die erfolgreich in drei Modellen miniaturisierter vollelektrischer unbemannter Luftfahrzeuge in China eingesetzt wurden und die Flugzeit im Vergleich zu bestehenden Batterien um das 2.8-Fache erhöhten.

Berichten zufolge beherrscht das Team derzeit die Kerntechnologien der gesamten Wertschöpfungskette von Hochenergie-Lithiumbatterien, nämlich "Materialien-Elektrolyt-Elektrode-Batterie". Alle Rohstoffe und Schlüsseltechnologien sind unabhängig kontrollierbar, und das Team verfügt über die Fähigkeit zur Massenproduktion mit hoher Konsistenz. Es wird erwartet, dass die vollständige Inbetriebnahme in der zweiten Hälfte dieses Jahres erfolgt.