Kürzlich haben chinesische Forscher die Energiedichte- und Leistungsengpässe herkömmlicher Lithium-Ionen-Batterien durchbrochen und Soft-Pack-Zellen mit einer Energiedichte von über 600 Wattstunden/kg sowie Modulbatterien mit einer Kapazität von 480 Wattstunden/kg entwickelt. Diese Leistungsindikatoren verbessern die Energiedichte und Batterielebensdauer bestehender Lithium-Ionen-Batterien direkt um das 2-3-Fache.

Mit der rasanten Entwicklung aufstrebender Bereiche wie elektrischer Verkehr, Niedrigaltitude-Ökonomie, Unterhaltungselektronik und humanoide Roboter wird der Bedarf an hochenergetischen, langlebigen wiederaufladbaren Batterien immer dringlicher. Die Energiedichte ist eine zentrale Batteriekenngröße, und wie sich mehr Energie bei geringerer Masse und Größe speichern lässt, ist eine technische Herausforderung, die Forscher weltweit zu überwinden suchen.

Lithium-Metall-Batterien werden aufgrund ihrer deutlich höheren theoretischen Energiedichte als herkömmliche Lithium-Ionen-Batterien als Batterietechnologie der nächsten Generation angesehen, die die Leistungsengpässe und die Batterielebensdauer bestehender Batterien adressieren kann. Allerdings haben aktuelle Elektrolytdesigns Schwierigkeiten, gleichzeitig die Anforderungen an eine höhere Energieabgabe der Batterie und eine längere Zyklenlebensdauer zu erfüllen.

Nach Jahren innovativer Forschung und technischer Durchbrüche hat ein Forschungsteam der Tianjin-Universität und seine Partner ein "delokalisiertes" Designkonzept für Elektrolyte von hochenergetischen Lithium-Metall-Batterien entwickelt. Dieses Konzept durchbricht die traditionelle Abhängigkeit des Elektrolytdesigns von einer dominanten Solvationsstruktur und erreicht sowohl eine verbesserte Energiedichte als auch eine insgesamt bessere Leistung. Die Forschungsergebnisse wurden am 13. August in der internationalen Fachzeitschrift Nature veröffentlicht.

Hu Wenbin, Professor an der Fakultät für Materialwissenschaft und Ingenieurwesen der Tianjin-Universität und Leiter des Teams, erklärte, dass das Forschungsteam durch diese Innovation die Leistungsziele der hochenergetischen Batterie "Battery600" erreicht und zudem die Skalierbarkeit des hochenergetischen Batteriepakets "Pack480" erfolgreich umgesetzt habe, was eine wichtige Grundlage für die künftige Anwendung von Lithium-Metall-Batterien schafft. Darüber hinaus weist die Technologie auch eine hervorragende Zyklenstabilität und Sicherheit auf.

Derzeit treibt das Team unter Nutzung nationaler Plattformen wie der Tianjin University National Energy Storage Technology Industry-Education Integration Innovation Platform und des National Key Laboratory of Precious Metal Functional Materials die technologische Umsetzung und Anwendungsverifikation dieser Ergebnisse aktiv voran. Sie haben bereits eine Pilotproduktionslinie für hochenergetische Lithium-Metall-Batterien aufgebaut, die erfolgreich in drei Modellen kleiner vollelektrischer unbemannter Luftfahrzeuge in meinem Land eingesetzt wurden und die Flugzeit im Vergleich zu bestehenden Batterien um das 2,8-Fache erhöht haben.

Berichten zufolge beherrscht das Team derzeit die Kerntechnologien der gesamten Kette hochenergetischer Lithium-Batterien, nämlich "Materialien-Elektrolyt-Elektrode-Batterie". Alle Rohstoffe und Schlüsseltechnologien sind unabhängig kontrollierbar, und das Team ist in der Lage, in hoher Konsistenz in Massenproduktion zu fertigen. Es wird erwartet, dass die vollständige Inbetriebnahme in der zweiten Jahreshälfte dieses Jahres erfolgt.