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Die Pulverbeschichtung von Elektroden verbessert die Batterieleistung

09.09.2022

In den letzten Jahren haben Wissenschaftler aktiv an der Entwicklung neuer Akkutypen gearbeitet, deren Leistung die von Lithium-Ionen-Akkus in jeder Hinsicht übertreffen soll. Lithium-Metall-Batterien gelten als eine der vielversprechendsten Arten, haben aber einen Nachteil - das schnelle Wachstum von Dendriten, baumartigen leitfähigen Metallformationen, die zunächst die Batteriekapazität verringern und dann zu ihrem vollständigen Ausfall führen.

Forscher der Rice University haben eine vielversprechende Lösung für das Problem des dendritischen Wachstums gefunden. Um dies zu verhindern, wird die Oberfläche der Elektroden mit einem speziellen Pulver beschichtet, mit dem Sie die Batterie lange in gutem Zustand halten können.

Bei Lithium-Metall-Batterien wurde die in Lithium-Ionen-Batterien als Anode verwendete Graphitelektrode durch eine reine Lithium-Metall-Elektrode ersetzt. Dadurch können Sie die Energiespeicherdichte deutlich erhöhen, die Ladezeit verkürzen und die Anzahl der Lade-Entlade-Zyklen erhöhen, die der Akku ohne nennenswerten Kapazitätsverlust übersteht.

Das aktive Wachstum von Dendriten führt jedoch in besonders schweren Fällen zu Kapazitätsverlust, Ausfall und Selbstentzündung. Wissenschaftler der Rice University haben lange an einer Lösung für dieses Problem gearbeitet und mehrere Methoden zur Bekämpfung von Dendriten entwickelt, die auf der Verwendung von Kohlenstoffnanoröhren, Laserbearbeitung und speziellen Beschichtungen basieren.

Diesmal haben Wissenschaftler eine neue, ziemlich einfache und effektive Methode zum Schutz der Anode vorgeschlagen. Zunächst wird die Anode einer speziellen Behandlung unterzogen, die ihr eine strukturierte Oberfläche verleiht. Danach wird auf die behandelte Oberfläche eine Schicht aus feinem Pulver aus einer schwefel- und phosphorhaltigen Verbindung aufgetragen. Diese Verbindung reagiert chemisch mit dem Anodenmaterial und bildet eine ideale Schutzschicht, die die Oberflächenenergie verändert und den Verlust der Lithiummetallanode verhindert.

Die Beschichtung selbst wirkt als eine Art Stabilisator, der die von der Batterie abgegebenen Stromstöße glättet, was ihrer Haltbarkeit eine positive Seite verleiht. Bei Experimenten behielten Batterien mit geschützter Anode nach 340 Lade-Entlade-Zyklen 70 Prozent mehr Kapazität als solche ohne Schutzbeschichtung. Und wenn Sie ein weiteres wichtiges Maß für die Batterieverschlechterung, die Polarisierung, betrachten, ermöglichte die neue Schutzbeschichtung, dass sie 4 Stunden lang ein ultraniedriges Polarisierungsniveau aufrechterhielt, etwa achtmal länger als bei herkömmlichen Batterien.

Die Verwendung einer pulverbeschichteten Metall-Lithium-Anode reduziert die Wachstumsrate von baumartigen Metallformationen, Dendriten, erheblich, was zu einem Batterieausfall führt. Es verhindert auch den beschleunigten Verbrauch des Anodenmaterials, was die Batterielebensdauer erhöht.

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