12.05.2021 - University of Liverpool

Signifikante Fortschritte bei der Entwicklung von Lithium-Luft-Batterien

Die von der University of Liverpool in Zusammenarbeit mit Johnson Matthey PLC und der Loughborough University geleitete Forschung macht bedeutende Fortschritte bei der Entwicklung von stabilen und praktischen Elektrolyten für Lithium-Sauerstoff-Batterien.

Die Lithium-Sauerstoff (Li-O2)-Batterie (oder Lithium-Luft-Batterie), bestehend aus Li-Metall und einem porösen leitfähigen Gerüst als Elektrode, setzt Energie aus der Reaktion von Luftsauerstoff und Lithium frei. Die Technologie steckt noch in den Kinderschuhen, könnte aber theoretisch eine viel größere Energiespeicherung ermöglichen als die herkömmliche Lithium-Ionen-Batterie.

In einer in der Fachzeitschrift Advanced Functional Materials veröffentlichten Arbeit haben Professor Laurence Hardwick vom Stephenson Institute for Renewable Energy (SIRE) der Universität Liverpool und seine Kollegen die Elektrolytformulierungen sorgfältig charakterisiert und entwickelt, die die Nebenreaktionen innerhalb der Batterie deutlich minimieren und so eine verbesserte Stabilität über längere Zyklen ermöglichen.

Laut dem Hauptautor der Arbeit, Dr. Alex Neale, der ebenfalls bei SIRE arbeitet, zeigt die Forschung, dass die Reaktivität bestimmter Elektrolytkomponenten durch eine präzise Steuerung der Komponentenverhältnisse ausgeschaltet werden kann.

Dr. Neale sagte: "Die Fähigkeit, den Elektrolyten unter Verwendung von leicht verfügbaren, wenig flüchtigen Komponenten präzise zu formulieren, ermöglichte es uns, einen Elektrolyten speziell auf die Bedürfnisse der Metall-Luft-Batterie-Technologie zuzuschneiden, der eine stark verbesserte Zyklenstabilität und Funktionalität bietet."

"Die Ergebnisse unserer Studie zeigen wirklich, dass wir durch das Verständnis der genauen Koordinationsumgebung des Lithium-Ions in unseren Elektrolyten eine direkte Verbindung herstellen können, um eine signifikante Verbesserung der Elektrolytstabilität an der Li-Metall-Elektroden-Grenzfläche und folglich eine Verbesserung der tatsächlichen Zellleistung zu erreichen."

Dr. Pooja Goddard von der Fakultät für Chemie der Universität Loughborough sagte: "Es war aufregend zu sehen, dass wir durch die Verwendung von sowohl Berechnungen als auch experimentellen Daten in der Lage waren, die wichtigsten physikalischen Parameter zu identifizieren, die es den Formulierungen ermöglichten, an der Lithium-Metall-Elektroden-Grenzfläche stabil zu werden."

Die entworfenen Elektrolyte stellen neue Benchmark-Formulierungen dar, die die laufenden Untersuchungen innerhalb unserer Forschungsgruppen unterstützen werden, um neue und praktisch umsetzbare Kathodenarchitekturen zu verstehen und zu entwickeln, um die Ineffizienzen im Kreislauf zu reduzieren und die Zykluslebensdauer weiter zu verlängern.

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