Neue Batterietechnologie soll Reichweite von E-Autos verzehnfachen
Eine Batterietechnologie, die E-Autos eine zehnfache oder sogar noch höhere Reichweite im Vergleich zu aktuellen Technologien ermöglicht: Das will ein Forschungsteam aus Südkorea erreicht haben. Wissenschaftler:innen der Pohang University of Science and Technology (Postech) und der Sogang University haben ein Polymerbindemittel entwickelt, das diesen gewaltigen Leistungsschub ermöglichen soll, berichtet Science Daily.
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Batterietechnologie ermöglicht stabiles Anodenmaterial
„Unsere Forschung hat das Potenzial, die Energiedichte von Lithium-Ionen-Batterien durch den Einsatz von Anodenmaterialien mit hoher Kapazität deutlich zu erhöhen und damit die Reichweite von Elektrofahrzeugen zu vergrößern. Siliziumbasierte Anodenmaterialien könnten die Reichweite mindestens verzehnfachen“, sagt Soojin Park, Professor an der Postech und einer der Leiter des Forschungsteams.
Das Bindemittel soll in Batterien als besonders stabiles Anodenmaterial mit hoher Kapazität dienen. Derzeit kommen bei handelsüblichen Batterien noch Graphitanoden zum Einsatz. Die neue Technologie soll aber wesentlich leistungsfähiger sein. Nach eigenen Angaben haben die Forschenden diesen Durchbruch durch den Ersatz von Graphit durch eine Silizium-Anode in Kombination mit schichtweise geladenen Polymeren erreicht.
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Volumenausdehnung bei Anodenmaterial große Herausforderung
Die Herausforderung besteht dem Forschungsteam zufolge darin, dass die Volumenausdehnung von Anodenmaterialien während der Reaktion mit Lithium eine Gefahr für die Leistung und Stabilität der Batterie darstellt. Polymere Bindemittel sollen in der Lage sein, die Volumenausdehnung wirksam zu kontrollieren. Bislang konzentrierte sich die Forschung jedoch ausschließlich auf die chemische Vernetzung und die Wasserstoffbrückenbindungen.
Bei der chemischen Vernetzung gehen die Bindemittelmoleküle kovalente Bindungen ein, die sie fest machen, aber einen fatalen Fehler haben: Sind die Bindungen einmal gebrochen, lassen sie sich nicht wiederherstellen. Bei der Wasserstoffbrückenbindung hingegen handle es sich um eine reversible sekundäre Bindung zwischen Molekülen, die auf Unterschieden in der Elektronegativität beruht, aber ihre Stärke (10-65 kJ/mol) sei relativ gering.
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Neue Methode soll Lithium-Ionen-Batterien revolutionieren
Das von dem Forscherteam entwickelte neue Polymer nutzt nicht nur die Wasserstoffbrückenbindung, sondern auch die Coulomb-Kräfte (Anziehung zwischen positiven und negativen Ladungen). Diese Kräfte haben eine Stärke von 250 kJ/mol und seien damit viel stärker als die Wasserstoffbrückenbindung. Sie seien jedoch reversibel, sodass sich die Volumenausdehnung leicht steuern lässt. Laut dem Forschungsteam könnte diese neue Methode E-Autos revolutionieren. Es wird sich zeigen, ob sie in Zukunft in der Massenproduktion Anwendung findet.
