Durchbruch bei Lithium-Schwefel-Batterien

Die Forschung an leistungsfähigeren Batterien schreitet voran, wobei Lithium-Schwefel-Batterien im Zentrum des Interesses stehen. Zwei unabhängige Forschungsteams haben kürzlich bemerkenswerte Durchbrüche erzielt, die das Potenzial haben, die Batterietechnologie revolutionieren.

Schnellladung durch stickstoffdotiertes Kohlenstoffmaterial

Ein Team um Professor Jong-sung Yu vom südkoreanischen DGIST entwickelte ein neuartiges stickstoffdotiertes Kohlenstoffmaterial. Dieses Material, synthetisiert durch eine Magnesium-unterstützte Hitzebehandlung von ZIF-8, dient als effizienter Schwefelträger in der Kathode von Lithium-Schwefel-Batterien. Die resultierende Batterie zeichnet sich durch eine deutlich verbesserte Leistung aus: Eine Kapazität von 705 mAh wird bei einer Ladezeit von nur 12 Minuten erreicht. Die einzigartige poröse Kohlenstoffstruktur, die durch die Reaktion von Magnesium und Stickstoff entsteht, ermöglicht eine höhere Schwefelaufnahme und einen verbesserten Elektrolytkontakt. Dies führt zu einer um das 1,6-fache höheren Kapazität im Vergleich zu herkömmlichen Schnelllade-Batterien. Zusätzlich reduziert die Stickstoffdotierung die Wanderung von Lithium-Polysulfiden, was eine beeindruckende Kapazitätsrate von 82% nach 1.000 Ladezyklen sicherstellt. Die Zusammenarbeit mit dem Argonne National Laboratory untermauerte die Vorteile der Stickstoffdotierung und der porösen Kohlenstoffstruktur für die Schwefelaufnahme und die Reaktionsgeschwindigkeit.

Innovativer Festkörperelektrolyt für extrem schnelle Ladung

Ein zweites Team aus China und Deutschland präsentierte einen innovativen glasartigen Festkörperelektrolyten. Dieser Elektrolyt, bestehend aus Bor, Schwefel, Lithium, Phosphor und Jod, nutzt Jod als Elektronenüberträger zum Schwefel. Dies beschleunigt die Elektrodenreaktion signifikant. Tests zeigten herausragende Ergebnisse: Selbst bei extrem schneller Ladung (vollständig in einer Minute) behält die Batterie eine deutlich höhere Kapazität als herkömmliche Lithium-Ionen-Batterien. Bei moderaten Ladegeschwindigkeiten bleibt die Kapazität nach über 25.000 Ladezyklen über 80%, ein deutlicher Fortschritt gegenüber herkömmlichen Lithium-Ionen-Batterien, die nach 1.000 Zyklen nur noch 80% ihrer Kapazität erreichen.

Wie schnell laden die neuen Lithium-Schwefel-Batterien?

Die südkoreanische Batterie erreicht eine Kapazität von 705 mAh bei einer Ladezeit von nur 12 Minuten. Die chinesisch-deutsche Batterie lädt sogar in nur einer Minute vollständig auf.

Welchen Vorteil bietet die Stickstoffdotierung in der südkoreanischen Batterie?

Die Stickstoffdotierung im Kohlenstoffmaterial reduziert die Wanderung von Lithium-Polysulfiden und verbessert die Schwefelaufnahme und den Elektrolytkontakt. Dies führt zu einer höheren Kapazität und längeren Lebensdauer (82% nach 1000 Ladezyklen).

Welche Materialien bilden den innovativen Festkörperelektrolyten der chinesisch-deutschen Batterie?

Der Festkörperelektrolyt besteht aus Bor, Schwefel, Lithium, Phosphor und Jod. Jod spielt dabei eine entscheidende Rolle als Elektronenüberträger.

Wie hoch ist die Kapazitätserhaltung der chinesisch-deutschen Batterie nach vielen Ladezyklen?

Nach über 25.000 Ladezyklen bleibt die Kapazität bei moderaten Ladegeschwindigkeiten über 80%.

Wie verbessert der neue Elektrolyt die Leistung der Lithium-Schwefel-Batterie aus China und Deutschland?

Der neue glasartige Elektrolyt beschleunigt die chemische Reaktion zwischen Lithium-Ionen und Schwefel erheblich, wodurch extrem schnelle Ladezeiten ermöglicht werden und die Kapazität auch nach vielen Ladezyklen hoch bleibt.

Was ist das Besondere an dem von dem südkoreanischen Team entwickelten Kohlenstoffmaterial?

Es ist ein stickstoffdotiertes Kohlenstoffmaterial, synthetisiert durch Magnesium-unterstützte Hitzebehandlung aus ZIF-8. Dies ermöglicht eine höhere Schwefelaufnahme und einen verbesserten Elektrolytkontakt.

Zukunftsweisende Batterietechnologien

Die beschriebenen Entwicklungen markieren einen bedeutenden Fortschritt in der Batterieforschung. Sowohl das stickstoffdotierte Kohlenstoffmaterial als auch der innovative Festkörperelektrolyt bieten das Potenzial für deutlich leistungsfähigere und langlebigere Lithium-Schwefel-Batterien mit erheblich verkürzten Ladezeiten. Diese Fortschritte könnten die Entwicklung von Elektrofahrzeugen und anderen Technologien, die auf leistungsstarken Energiespeichern angewiesen sind, erheblich vorantreiben.