Revolutionäre Batterielebensdauer: Die Wiederentdeckung der Lithium-Ionen-Batterien

Chinesische Forscher der renommierten Fudan-Universität in Shanghai haben einen technologischen Durchbruch erzielt, der die Leistungsfähigkeit von Lithiumbatterien deutlich verbessern könnte. Die Hauptursache für die nachlassende Leistungsfähigkeit von Lithium-Ionen-Batterien liegt im Wachstum der Festelektrolyt-Zwischenschicht (SEI) an der Anode der Batterie. Diese Sperrschicht, die zunehmend Konkurrenz für Lithium-Ionen darstellt, erhöht den Widerstand und verkürzt die Lebensdauer.

Verschiedene Faktoren, darunter die Degradation der Elektroden, die Verschlechterung des Elektrolyten und andere Einflussfaktoren wie Stromdichte, Temperatur und Elektrolytkonvektion, tragen zur schwindenden Leistungsreserve von Lithium-Ionen-Batterien bei. Infolgedessen können leistungsschwache Batterien so stark unterdurchschnittlich werden, dass sie unbrauchbar werden.

Die Technik zur Verbesserung der Lebensdauer von Lithium: Direkte Lithiuminjektion

Als Reaktion auf diese Batteriekrise hat das Forschungsteam eine ausgeklügelte Methode zur Regeneration verbrauchter Zellen entwickelt. Durch die direkte Injektion von neuem Lithium in die Zellen wird das im Laufe des Batterielebens verlorene Lithium wieder aufgefüllt. Dieser Ansatz wurde kürzlich im Fachmagazin „Nature“ detailliert beschrieben.

Die Wiederbelebungstechnik nutzt künstliche Intelligenz (KI) und organische Elektrochemie, um eine einzigartige lithiumreiche Verbindung zu erzeugen. Diese Verbindung gibt das enthaltene Lithium frei, wenn sie den richtigen Spannungsbedingungen in einer Batterie ausgesetzt wird. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass bei diesem Prozess gasförmige Nebenprodukte entstehen, die effektiv entweichen und den Weg für das eintretende Lithium ebnen.

Erforschung funktioneller Salze: Eine Rolle für maschinelles Lernen

Die Genialität des maschinellen Lernens spielte eine entscheidende Rolle bei der Entdeckung des Potenzials der für den Wiederbelebungsprozess wichtigen funktionellen Salze. Insbesondere Lithiumtrifluormethansulfinat (LiSO₂CF₃) erwies sich als vielversprechendes Salz mit optimaler elektrochemischer Aktivität, potenzieller Produktbildung und vor allem außergewöhnlicher spezifischer Kapazität und Elektrolytlöslichkeit. Der Einsatz solcher Salze könnte die Lebensdauer von Lithium-Ionen-Batterien auf beispiellose 12.000 bis 60.000 Zyklen erhöhen.

Testen und Verifizieren: Die Demonstrationen entfalten sich

Um diese Systeme zu testen, wurden mehrere Demonstrationsversuche mit einer 3,0 V, 1.192 Wh kg−1 lithiumfreien Kathode, einer Chromoxid-Kathode in einer anodenlosen Zelle und einer organisch geschwefelten Polyacrylnitril-Kathode in einer 388 Wh kg−1 Pouch-Zelle mit einer Lebensdauer von 440 Zyklen durchgeführt. Die Ergebnisse waren ermutigend und zeigten deutliche Verbesserungen der Energiedichte, höhere Nachhaltigkeit und geringere Kosten im Vergleich zu herkömmlichen Lithium-Ionen-Batterien.

Darüber hinaus konventionelle kommerzielle LiFePO4-Batterien Ihre Lebensdauer wurde um ein bemerkenswertes Verhältnis verlängert. Beispielsweise wurde ein handelsüblicher Graphit LiFePO4-Zelle Die Kapazität blieb auch nach 11.818 Zyklen bei kontinuierlicher externer Lithiumversorgung bei 96,0 %. Diese Revitalisierungstechnologie könnte die Batterielebensdauer revolutionieren und verspricht eine spannende Weiterentwicklung für Lithium-Ionen-Batterien.