Effizient, umweltfreundlich, günstig
Lithiumbatterien sind in unserem Alltag omnipräsent, etwa in Smartphones oder Laptops. Forschenden ist es nun gelungen, das dabei zentrale Kathodenmaterial erheblich zu optimieren.
01.11.2021 · News · Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden · Mathematik, Natur- und Ingenieurwissenschaften · Forschungsergebnis
Sie sind in unserem Leben allgegenwärtig und nicht mehr wegzudenken, sei es in Smartphones, Laptops bis hin zu E-Autos: Lithium-Ionen-Akkus. Ihre omnipräsente Rolle beruht auf ihrer hohen Energiedichte, die eine effiziente Nutzung von elektrischen Geräten mit kompakten wiederaufladbaren Batterien ermöglicht. Der unablässige technologische Fortschritt verlangt ein immer höheres Leistungsvermögen und soll gleichzeitig eine nachhaltige Produktion berücksichtigen. Die Schlüsselrolle im Aufbau einer wiederaufladbaren Lithiumbatterie stellt dabei das Kathodenmaterial dar. Herkömmliche Kathodenmaterialien, unterteilt in drei unterschiedliche Materialklassen, weisen trotz ihrer weltweiten Optimierung bisher spezifische Nachteile auf: sie sind entweder zu teuer oder nicht effizient oder enthalten Stoffe, die dem Aspekt der Nachhaltigkeit nicht genügen. So wird bis heute in wiederaufladbaren Lithium-Ionen-Batterien Cobalt verbaut, ein giftiger Rohstoff, dessen Abbau soziale Fragen aufwirft. Gesucht wird deshalb nach alternativen Materialien, die kostengünstig, leistungsfähig und zugleich umweltverträglich sind.
Im Projekt LUKSIAK (Lithium-basierte, umweltfreundliche, kostengünstige und stabile Ionen-Akku-Kathodenmaterialien) gefördert von der Sächsischen Aufbaubank (ID:100350438, 01.01.2019 - 31.10.2021) forschen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler am IFW Dresden an solchen neuartigen Kathodenmaterialien. Die sogenannten lithiumreichen Antiperowskite gelten als umweltfreundliche, kostengünstige und ungiftige Alternative. Bislang hinderte die kurze Lebensdauer die praktische Anwendung. Im Laufe des Projektes konnten Prozesse beim Entladen und Laden der wiederaufladbaren Lithiumbatterien besser aufgeschlüsselt werden. Durch die Optimierung der chemischen Zusammensetzung der neuartigen Kathoden wurde deren Lebensdauer deutlich gesteigert. Zudem konnte gezeigt werden, dass größere Mengen (>20 g) einfach und umweltfreundlich hergestellt werden können. Dies stellt einen wichtigen Schritt für den Umgang in die industrielle Anwendung dar.
Video
Wie diese neuartigen Kathodenmaterialien ganz ohne Cobalt hergestellt werden können und welche Vorteile sie gegenüber den gängigen Produkten haben, zeigt ein anschaulich animiertes Video.