Wissenschaftler begrüßen neue Batterie mit der vierfachen Energiedichte von Lithium

Wissenschaftler und Ingenieure des in den USA ansässigen Technologieforschungszentrums Argonne geben an, eine neue Batterie entwickelt zu haben, die ihrer Meinung nach die vierfache Energiedichte von Lithium-Ionen-Batterien aufweist.

Die Forscher des Illinois Institute of Technology (IIT) und des Argonne National Laboratory des US-Energieministeriums (DOE) sagen, dass die neue Batterie ein Elektrofahrzeug über mehr als 1.600 km mit Strom versorgen könnte und eines Tages auch für die Stromversorgung im Haushalt verwendet werden könnte Flugzeuge und Langstrecken-Lkw.

„Die wichtigste neue Komponente in dieser Lithium-Luft-Batterie ist ein Festelektrolyt anstelle der üblichen flüssigen Variante“, sagt Argonne in einer Pressemitteilung.

"DerDie Batteriechemie mit dem Festelektrolyten kann die Energiedichte potenziell um das Vierfache gegenüber Lithium-Ionen-Batterien steigern, was sich in einer größeren Reichweite niederschlägt.“

Argonne Distinguished Fellow Larry Curtiss sagt, dass die Lithium-Luft-Batterie die höchste prognostizierte Energiedichte aller Batterietechnologien aufweist, die für die nächste Generation von Batterien über die Lithium-Ionen-Batterie hinaus in Betracht gezogen werden.

„Seit über einem Jahrzehnt arbeiten Wissenschaftler in Argonne und anderswo Überstunden, um eine Lithiumbatterie zu entwickeln, die den Sauerstoff in der Luft nutzt“, sagte Curtiss.

Argonne sagt, dass sich in früheren Lithium-Luft-Designs das Lithium in einer Lithiummetallanode durch einen flüssigen Elektrolyten bewegt, um sich während der Entladung mit Sauerstoff zu verbinden, wodurch an der Kathode Lithiumperoxid (Li2O2) oder Superoxid (LiO2) entsteht.

Beim Laden wird das Lithiumperoxid bzw. Superoxid dann wieder in seine Lithium- und Sauerstoffbestandteile zerlegt. Diese chemische Abfolge speichert Energie und gibt sie bei Bedarf wieder frei.

Laut Argonne besteht der neue Festelektrolyt aus einem keramischen Polymermaterial, das aus relativ kostengünstigen Elementen in Nanopartikelform besteht. Dieser neue Feststoff ermöglicht chemische Reaktionen, die bei der Entladung Lithiumoxid (Li2O) erzeugen.

„Die chemische Reaktion für Lithiumsuperoxid oder -peroxid umfasst nur ein oder zwei gespeicherte Elektronen pro Sauerstoffmolekül, während die für Lithiumoxid vier Elektronen umfasst“, sagte der Argonne-Chemiker Rachid Amine.

Laut Argonne ist das neue Lithium-Luft-Design die erste Lithium-Luft-Batterie, die eine Vier-Elektronen-Reaktion bei Raumtemperatur erreicht hat. Es arbeitet auch mit Sauerstoff, der durch Luft aus der Umgebung zugeführt wird.

Durch die Möglichkeit, mit Luft zu arbeiten, sind keine Sauerstofftanks erforderlich, was laut Argonne bei früheren Konstruktionen ein Problem darstellte.

„Mit der Weiterentwicklung gehen wir davon aus, dass auch unser neues Design für die Lithium-Luft-Batterie eine Rekordenergiedichte von 1200 Wattstunden pro Kilogramm erreichen wird“, sagte Curtiss. ​„Das ist fast viermal besser als bei Lithium-Ionen-Batterien.“

Zum Vergleich: Die neuen 4680-Zellen von Tesla haben eine Energiedichte von 272-296 Wh/kg, was nach aktuellen Maßstäben als sehr hoch gilt. Bei einer vierfachen Dichte würden die neuen Zellen alle möglichen Möglichkeiten eröffnen, einschließlich Flugzeugen, die mit einer einzigen Ladung weit über 1000 km weit fliegen könnten.

Daniel Bleakley ist ein Forscher und Verfechter sauberer Technologien mit einem Hintergrund in Ingenieurwesen und Wirtschaft. Er hat ein starkes Interesse an Elektrofahrzeugen, erneuerbaren Energien, Fertigung und öffentlicher Politik.