Chinesische Wissenschaftler haben einen neuen Elektrolyttyp entwickelt, der einen Durchbruch in der Kerntechnologie des Landes im Bereich der Lithium-Batterien darstellt, wie die Zeitung „Science and Technology Daily“ am Donnerstag berichtete.
Die Errungenschaft, die gemeinsam von Forschern der Shanghai Academy of Spaceflight Technology (SAST) und der Nankai-Universität erzielt wurde, soll die Reichweite bestehender Lithium-Batterien verdoppeln und deren Leistung bei niedrigen Temperaturen deutlich verbessern. Entsprechende Forschungsergebnisse wurden kürzlich in der Fachzeitschrift „Nature“ veröffentlicht.
Ein Elektrolyt dient als entscheidendes Medium zwischen der positiven und der negativen Elektrode in Lithium-Batterien und fungiert wie eine „Autobahn“ für die Ionenleitung. Er spielt eine unverzichtbare Rolle bei der Bestimmung der Energieeffizienz, der Betriebsstabilität und der Temperaturanpassungsfähigkeit.
Herkömmliche Elektrolyte verwenden überwiegend Lösungsmittel auf Sauerstoff- und Stickstoffbasis. Obwohl diese Verbindungen Lithiumsalze effektiv auflösen, behindern sie den Ladungstransfer und verursachen damit anhaltende Engpässe bei der Energiedichte und der Leistung bei niedrigen Temperaturen.
Daten zeigen, dass herkömmliche Lithiumbatterien bei Raumtemperatur eine Energiedichte von etwa 300 Wattstunden pro Kilogramm erreichen. Dies ist ein Wert, der bei minus 20 Grad Celsius auf unter 150 Wattstunden pro Kilogramm abfällt.
Um diese Einschränkungen zu überwinden, hat das Forschungsteam Elektrolyte auf Basis von Fluorkohlenwasserstoffen entwickelt, die die Viskosität deutlich senken und gleichzeitig die Oxidationsstabilität sowie die Ionenleitfähigkeit bei niedrigen Temperaturen verbessern. Hierdurch wird die Energieabgabe von Lithiumbatterien mit hoher Energiedichte bei niedrigen Temperaturen gesteigert.
Dieser Fortschritt ermögliche es Lithiumbatterien, bei Raumtemperatur eine Energiedichte von über 700 Wattstunden pro Kilogramm zu erreichen und selbst bei minus 50 Grad Celsius noch etwa 400 Wattstunden pro Kilogramm beizubehalten, sagte Li Yong, ein Forscher am SAST.
„Mit einer mehr als zwei- bis dreifachen Steigerung der Energiespeicherkapazität bei Raumtemperatur für Lithiumbatterien gleicher Masse kann die Reichweite von Elektrofahrzeugen von 500 bis 600 Kilometern auf über 1.000 Kilometer erweitert werden“, sagte Li. „Bemerkenswerterweise funktionieren diese Batterien auch unter extremen Bedingungen bei Temperaturen von bis zu minus 70 Grad Celsius weiterhin normal.“
Dieser technologische Durchbruch ist für zahlreiche Branchen von Interesse. In Hightech-Anwendungen könnte er zuverlässige Ausdauer und Tragfähigkeit für Raumfahrzeuge, Drohnen und intelligente Roboter bieten, die in eisigen Umgebungen eingesetzt werden.
Für Verbraucher im Alltag verspricht er erhebliche Verbesserungen bei der Reichweite von Elektrofahrzeugen und der Standby-Zeit von Smartphones unter kalten Bedingungen und geht damit wirksam auf weit verbreitete Bedenken hinsichtlich der Batteriekapazität und der Temperaturanpassungsfähigkeit ein.
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