Könnten Energiespeicheranwendungen revolutionieren : Neue Erkenntnisse zur Verbesserung der Lebensdauer von Lithium-Ionen-Batterien
Die Erkenntnisse der Forschungsarbeit könnten die Entwicklung der nächsten Generation von Si-Ionen-Batterien entscheidend vorantreiben.
- © Mladen - stock.adobe.comEin Forscherteam des Materials Center Leoben (MCL) und der Montanuniversität Leoben hat entscheidende neue Erkenntnisse über zwei wesentliche Mechanismen gewonnen, die zum Kapazitätsverlust in Lithium-Ionen-Batterien (LIBs) führen. Diese bahnbrechende Forschung bietet neue Ansätze zur Verbesserung der Lebensdauer von LIBs und könnte in weiterer Folge die Energiespeicherlandschaft revolutionieren.
Die Forschung wurde von einem Team aus hochqualifizierten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern des MCL, der Montanuniversität Leoben, der Österreichischen Akademie der Wissenschaften und der Varta Innovation GmbH sowie dem ESRF – The European Synchrotron durchgeführt.
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Was hinter dem kontinuierlichen Kapazitätsverlust steckt
Mit der zunehmenden Elektrifizierung unserer Gesellschaft wächst der Bedarf an effizienteren Energiespeichersystemen. Dazu gehört auch die Optimierung zukünftiger Generationen von Lithium-Ionen-Batterien in Bezug auf Energiedichte, Ausdauer und Zyklenstabilität.
Durch die Kombination fortschrittlicher bildgebender Analyseverfahren unter Einbindung von Künstlicher Intelligenz konnte das Team aus Leobener Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern jetzt Licht in den kontinuierlichen Verlust der Kapazität von LIBs bringen und somit neue Erkenntnisse über die komplexen Zusammenhänge gewinnen, die das gesamte Batteriesystem beeinflussen.
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Die Forschungsarbeit zeigt, dass es für das Verstehen des Kapazitätsverlustes einer Si-basierten Lithium-Ionen Batterie wichtig ist, das Materialverhalten des Siliziums und dessen Schädigung infolge des Lade- bzw. Entladevorgangs bis auf atomare Ebene zu betrachten. Es wird außerdem diskutiert, dass die durch Schädigungen ausgelösten Phasenübergänge in den Silizium-Anoden bei hohen Zyklenzahlen aber auch vorteilhafte Auswirkungen haben könnten, indem sie die Entstehung von Brüchen und die Pulverisierung von Siliziumpartikeln verhindern und somit das Gesamtversagen der Batterie verlangsamen können.
Auswirkungen auf die Energiespeichertechnologie
Die Forschungsergebnisse könnten dazu beitragen, das Kapazitätsverhalten von Batterien mit hoher Energiedichte zu stabilisieren und die Zyklenstabilität langfristig zu verbessern. „Neuartige funktionale Designs der Silizium-Materialarchitektur werden die Energiespeicheranwendungen revolutionieren“, so Ronald Brunner, einer der Autoren der Publikation.
Die Erkenntnisse dieser Forschung könnten die Entwicklung der nächsten Generation von Si-Ionen-Batterien entscheidend vorantreiben. Die vollständigen Forschungsergebnisse wurden kürzlich in Communications Materials einer Zeitschrift aus dem Nature Portfolio veröffentlicht.
