Forschende am Paul Scherrer Institut (PSI) entwickelten eine neue Methode zur Herstellung einer Schutzschicht für Lithium-Ionen-Akkus, die die Leistung und Lebensdauer der Batterien steigert.
Forschende am Paul Scherrer Institut ( PSI ) in der Schweiz entwickelten ein neues Verfahren, das die Leistung von Lithium-Ionen-Akkus, beispielsweise für Elektroautos, steigern kann. Im Zentrum steht eine Schutzschicht für Kathoden, die mit Trifluormethan erzeugt wird. Trifluormethan ist ein Gas, das bei der Herstellung von Kunststoffen wie PTFE, PVDF und Schaumstoff als Nebenprodukt entsteht.
Im Labor leitete Projektleiter Mario El Kazzi vom Zentrum für Energie- und Umweltwissenschaften am PSI und sein Team bei 300 Grad Celsius eine Reaktion zwischen Trifluormethan und der dünnen Schicht aus Lithiumkarbonat ein, welche die Oberfläche der Kathoden bedeckt. Dabei wandelt sich das Lithium an der Grenzschicht in Lithiumfluorid (LiF) um. Die Lithium-Atome des Kathodenmaterials bleiben bei diesem Verfahren als Ionen erhalten. Diese Lithium-Ionen müssen beim Laden und Entladen zwischen der Kathode und der Anode weiter hin- und herwandern können, damit die Akkukapazität im späteren Betrieb nicht beeinträchtigt ist. In einem weiteren Schritt prüfte das PSI-Team die Wirksamkeit der Schutzschicht, indem es elektrochemische Tests bei hohen Betriebsspannungen durchführte. Das Ergebnis: Die Schutzschicht blieb auch bei hohen Spannungen stabil. Sie schützt das Kathodenmaterial so gut, dass Betriebsspannungen von 4,5 und auch 4,8 Volt möglich sind. Im Vergleich zu Batterien mit ungeschützten Kathoden schnitten die beschichteten bei allen wichtigen Parametern deutlich besser ab. So war die Impedanz, also der Widerstand für die Lithium-Ionen an der Grenzfläche der Kathode, nach einhundert Auf- und Entladedurchgängen um rund 30 Prozent niedriger als bei den Batterien mit unbehandelter Kathode
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