Unser Leben wird heute von Elektronik in allen Formen und Formen bestimmt. Die Elektronik wiederum wird von ihren Batterien gesteuert. Die traditionellen Lithium-Ionen-Batterien (LIBs), die in elektronischen Geräten weit verbreitet sind, geraten jedoch in Ungnade, da Forscher Lithium-Metall-Batterien (LMBs) aufgrund ihrer bemerkenswert hohen Energiedichte, die mehr als übertrifft, als überlegene Alternative ansehen LIBs um eine Größenordnung. Der Hauptunterschied liegt in der Wahl des Anodenmaterials: LIBs verwenden Graphit, während LMBs Lithiummetall verwenden.
Eine solche Wahl bringt jedoch ihre eigenen Herausforderungen mit sich. Zu den auffälligsten gehört die Bildung nadelartiger Strukturen auf der Oberfläche der Lithiumanode während des Zyklierens, sogenannte „Dendriten“, die dazu neigen, die Barriere zwischen Anode und Kathode zu durchdringen, was zu Kurzschlüssen und damit zu Sicherheitsproblemen führt. „Die Bildung von Li-Dendriten hängt stark von der Oberflächenbeschaffenheit der Lithiumanoden ab. Eine entscheidende Strategie für LMBs besteht daher darin, eine effiziente Festelektrolytschnittstelle (SEI) an der Lithiumoberfläche aufzubauen“, erklärt Prof. Yong Min Lee vom Daegu Gyeongbuk Institute of Science und Technologie (DGIST), Korea, der sich auf Batteriedesign spezialisiert hat.
Dementsprechend haben die Forscher eine Vielzahl von Strategien untersucht, von 2D-Grenzflächentechnik bis hin zu 3D-Lithiumanodenarchitekturen. In jedem Fall ist die Lösung eines Problems lediglich einem anderen gewichen. Ein neuer Ansatz auf Basis von Lithium-Metall-Pulver-(LMP)-Verbundelektroden verspricht sich jedoch abzuheben. Die Attraktivität von LMP liegt in ihrer kugelförmigen Form, die zu einer größeren Oberfläche führt, und einer einfachen Dickenabstimmbarkeit, die breitere und dünnere Elektroden ermöglicht. Es bestehen jedoch immer noch Probleme bei der Verwendung von LMP, wie beispielsweise das morphologische Versagen, das durch die inhärente Natur ihrer unebenen Oberfläche verursacht wird.
Nun, in einer neuen Studie veröffentlicht in Fortschrittliche Energiematerialien, Dr. Lee, zusammen mit Forschern aus Korea, einen neuartigen Ansatz, bei dem sie LiNO3 während des Elektrodenherstellungsprozesses in das LMP selbst einpflanzen, sodass sie ~150 mm breite und 20 µm dicke Elektroden herstellen können. die eine Coulomb-Effizienz von 96% zeigte.
Die Zugabe von LiNO3 zu LMP bewirkte zwei Dinge: Sie induzierte eine gleichmäßige N-reiche SEI auf der LMP-Oberfläche und führte zu einer anhaltenden Stabilisierung über längere Zyklen als LiNO3 wurde stetig in den Elektrolyten freigesetzt. Tatsächlich sind LMBs mit LiNO3 vorgepflanztes LMP (LN-LMP) zeigte eine hervorragende Zyklenleistung mit 87% Kapazitätserhaltung über 450 Zyklen und übertraf sogar Zellen mit LiNO3-zugesetzte Elektrolyte.
Prof. Lee ist von diesen Erkenntnissen begeistert und spricht von ihren praktischen Auswirkungen. „Wir gehen davon aus, dass das Voreinbringen von Li-stabilisierten Additiven in die LMP-Elektrode ein Sprungbrett für die Kommerzialisierung großmaßstäblicher Li-Metall-, Li-S- und Li-Luft-Batterien mit hoher spezifischer Energie und langer Lebensdauer sein würde.“ er sagt.
In Bezug auf Batterien sieht es so aus Lithium kommt nicht so schnell aus der Mode.