Durchbruch bei der Entwicklung von Batterien für Elektrofahrzeuge
Neue Studie findet Wege zur Unterdrückung der Lithiumplattierung in Autobatterien, um Elektrofahrzeuge schneller aufzuladen
Eine neue Studie unter der Leitung von Dr. Xuekun Lu von der Queen Mary University of London hat in Zusammenarbeit mit einem internationalen Forscherteam aus dem Vereinigten Königreich und den USA einen Weg gefunden, die Lithiumplattierung in Batterien von Elektrofahrzeugen zu verhindern, was zu schnelleren Ladezeiten führen könnte. Die Arbeit wurde in der Zeitschrift Nature Communications veröffentlicht.
Die Verteilung der Lithiumkonzentration während des Ladevorgangs einer negativen Graphitelektrode wird durch Farben dargestellt
Xuekun Lu et al/Nature Communications
Lithiumplattierung ist ein Phänomen, das in Lithium-Ionen-Batterien beim Schnellladen auftreten kann. Es tritt auf, wenn sich Lithiumionen auf der Oberfläche der negativen Elektrode der Batterie ansammeln, anstatt in sie einzulagern, und eine Schicht aus metallischem Lithium bilden, die weiter wächst. Dies kann die Batterie beschädigen, ihre Lebensdauer verkürzen und Kurzschlüsse verursachen, die zu Feuer und Explosionen führen können.
Dr. Xuekun Lu erklärt, dass die Lithiumablagerung durch eine Optimierung der Mikrostruktur der negativen Graphitelektrode erheblich gemindert werden kann. Die negative Graphitelektrode besteht aus zufällig verteilten winzigen Partikeln, und die Feinabstimmung der Partikel- und Elektrodenmorphologie für eine homogene Reaktionsaktivität und eine geringere lokale Lithiumsättigung ist der Schlüssel zur Unterdrückung der Lithiumablagerung und zur Verbesserung der Batterieleistung.
"Unsere Forschung hat gezeigt, dass die Lithiumbildungsmechanismen von Graphitpartikeln unter verschiedenen Bedingungen variieren, abhängig von ihrer Oberflächenmorphologie, Größe, Form und Ausrichtung. Dies hat großen Einfluss auf die Lithiumverteilung und die Neigung zur Lithiumabscheidung", so Dr. Lu. "Mit Hilfe eines bahnbrechenden 3D-Batteriemodells können wir erfassen, wann und wo die Lithiumabscheidung einsetzt und wie schnell sie wächst. Dies ist ein bedeutender Durchbruch, der einen großen Einfluss auf die Zukunft von Elektrofahrzeugen haben könnte."
Die Studie liefert neue Erkenntnisse für die Entwicklung fortschrittlicher Schnellladeprotokolle, indem sie das Verständnis der physikalischen Prozesse der Lithiumumverteilung in Graphitpartikeln während des Schnellladens verbessert. Dieses Wissen könnte zu einem effizienten Ladeprozess führen und gleichzeitig das Risiko einer Lithiumplattierung minimieren.
Zusätzlich zu den schnelleren Ladezeiten ergab die Studie auch, dass die Verfeinerung der Mikrostruktur der Graphitelektrode die Energiedichte der Batterie verbessern kann. Das bedeutet, dass Elektroautos mit einer einzigen Ladung weiter fahren könnten.
Diese Erkenntnisse sind ein wichtiger Durchbruch bei der Entwicklung von Batterien für Elektrofahrzeuge. Sie könnten dazu führen, dass Elektroautos schneller aufgeladen werden, länger halten und sicherer sind, was sie für die Verbraucher attraktiver machen würde.
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