Durchbruch bei kohlenstoffbasierten Batteriematerialien verbessert Sicherheit, Haltbarkeit und Leistung
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Diese Forschungsarbeit zeigt einen neuen Weg auf, kohlenstoffbasierte Batteriematerialien viel sicherer, langlebiger und leistungsfähiger zu machen, indem die Art und Weise, wie Fullerenmoleküle miteinander verbunden sind, grundlegend neu gestaltet wird. Heutige Lithium-Ionen-Batterien basieren hauptsächlich auf Graphit, was die Schnellladegeschwindigkeit einschränkt und aufgrund der Lithiumbeschichtung Sicherheitsrisiken birgt. Diese Forschungsergebnisse bedeuten einen Fortschritt auf dem Weg zu sichereren Elektrofahrzeugen, langlebigerer Unterhaltungselektronik und zuverlässigerer Speicherung erneuerbarer Energien. Die Ergebnisse wurden am 11. Dezember 2025 im Journal of the American Chemical Society veröffentlicht.
Struktur von geschichtetem Mg4C60. a XRD-Muster von unbehandeltem C60- und Mg4C60-Pulver mit einem simulierten Ergebnis für Mg4C60. b REM-Bild von Mg4C60-Pulver mit einem Maßstab von 5 µm. c iFFT-TEM-Bild (Maßstab von 1 nm) von Mg4C60 mit Strukturdarstellung in Braun. d C K-Kanten-XAS-Spektren von unbehandeltem C60 und Mg4C60. Strukturdarstellung von geschichtetem Mg4C60, beobachtet von der e b-Achse und f a-Achse.
© Shijian Wang et al.
Fulleren ist ein einzigartiges Molekül, das sich für viele potenzielle Anwendungen eignet. Seine geringe Stabilität war jedoch ein Problem, das seine Verwendung in Batterien behindert hat. Ein Forscherteam der Tohoku-Universität hat ein kovalent verbrücktes Fullerengerüst (Mg4C60) geschaffen, das zeigt, dass Kohlenstoff Lithium auf eine völlig andere und viel stabilere Weise speichern kann, wodurch ein struktureller Zusammenbruch vermieden und der Verlust von aktivem Material verhindert wird, der Fulleren-Anoden lange Zeit im Wege stand. Dieser Durchbruch liefert eine Blaupause für die Entwicklung von Batteriematerialien der nächsten Generation, die ein sichereres Schnellladen, eine höhere Energiedichte und eine längere Lebensdauer ermöglichen.
"Unsere nächsten Schritte bestehen darin, diese kovalente Brückenstrategie auf eine breitere Palette von Fulleren und Kohlenstoffgerüsten auszuweiten, mit dem Ziel, eine Familie von stabilen Anodenmaterialien mit hoher Kapazität zu schaffen, die für Schnellladebatterien geeignet sind", sagt Hao Li, Distinguished Professor (Advanced Institute for Materials Research (WPI-AIMR)).
Weitere Schritte werden die Zusammenarbeit mit Industriepartnern sein, um die Skalierbarkeit dieser Materialien zu bewerten und sie in praktische Zellformate zu integrieren. Zu verstehen, wie man die Praxistauglichkeit erreichen kann, ist ein entscheidender Schritt, der hoffentlich zu einer Zukunft mit effizienten, sauberen Energietechnologien führen wird.
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Originalveröffentlichung
Shijian Wang, Heng Liu, Yaojie Lei, Dongfang Li, Yameng Fan, Liang Hong, Xin Guo, Meng Wang, Zefu Huang, Yong Chen, Xu Yang, Jinqiang Zhang, Hao Li, Guoxiu Wang; Covalent Bridges Enabling Layered C60 as an Exceptionally Stable Anode in Lithium-Ion Batteries"; Journal of the American Chemical Society, Volume 147, 2025-12-11
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