Materialien mit hoher Energiedichte im Test

Forscher machen Fortschritte bei Batterien

Leistungsfähigere Batterien auf Basis innovativer Materialien erforscht das ZSW. Es hat Materialien mit höherer Energiedichte und Belastbarkeit auf dem Prüfstand.

Das Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW) meldet Fortschritte bei der Suche nach leistungsfähigeren Batterien. Wissenschaftler des Instituts und Industriepartner haben mit neuem 5-Volt-Lithiummetallphosphat und mesoporösem Titanoxid zwei neue Aktivmaterialien für Lithium-Ionen-Batterien entwickelt. Es ist auch gelungen, damit in Kombination mit konventionellen Elektroden Zellen herzustellen.

"Die Materialien zeigen eine sehr gute Energiedichte, eine höhere Sicherheit und sind äußerst belastbar", so die Forscher. Das 5-Volt-Lithium-Mangan-Phosphat wird für positive Elektroden verwendet. Im Vergleich zu Standardmaterialien weist es eine höhere Sicherheit auf. Bei Überladung habe es sich als besonders resistent erwiesen, so die Forscher weiter. Das Lithiummetallphosphat wurde mit Industriepartnern entwickelt. Erstmals kann mehr als ein Elektron pro Übergangsmetall ausgenutzt werden. Das eröffnet eine bessere Speicherkapazität und eine hohe Zellspannung.
 

 
Für die negative Seite nutzen die Forscher mesoporöses Titanoxid auf grund der schnellen Ladefähigkeit und der hohen Belastbarkeit auch bei tiefen Temperaturen von bis zu minus 40 Grad. Außerdem ist das Metalloxid leicht verfügbar, nicht toxisch und relativ preiswert zu produzieren. Das Titanoxid ist aus einer Kooperation mit der Universität Ulm hervorgegangen.

Um die Leistungsfähigkeit und Qualität neuer Materialien und Materialkombinationen von Batterien vollständig bewerten zu können, müssen sie in Referenzzellen erprobt werden. "Wir wollen das Potenzial neuer Batteriematerialien für die Anwendung so früh wie möglich einschätzen. Dafür testen wir sie im kompletten Zellverbund mit all den unvorhergesehenen Wechselwirkungen", sagt  Margret Wohlfahrt-Mehrens, Leiterin des ZSW-Fachbereichs Akkumulatoren Materialentwicklung in Ulm. "Die ersten Zellen haben wir bereits mit den neuen Materialien hergestellt. Diese Materialien stehen den Material- und Batterieherstellern für die Entwicklung kommerzieller Produkte zur Verfügung."

Ziel ist, mit den Dienstleistungen am ZSW eine eigene Batterieindustrie mit Zulieferinfrastruktur und entsprechender Wertschöpfung in Deutschland aufzubauen. Die Entwicklung der Materialien wurde im Rahmen von Projekten der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) und des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) finanziell gefördert. Quelle: ZSW / pgl

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