Einführung: Ein Team chinesischer Wissenschaftler hat einen Durchbruch in der Lithiumbatterieforschung erzielt: Durch die Nutzung der „wärmeinduzierten Kontraktion“seigenschaft von lithiumreichen Mangan-Kathodenmaterialien haben sie erfolgreich die Leistung gealterter Batterien wiederhergestellt. Diese Technologie bietet neue Erkenntnisse für die Entwicklung haltbarer und intelligenter Lithiumbatterien der nächsten Generation.
Kernentdeckung
Forscher am Ningbo Institute of Materials Technology and Engineering, Chinese Academy of Sciences, beobachteten, dass lithiumreiche Mangan-Kathodenmaterialien bei Erhitzung eine strukturelle Kontraktion erfahren. Diese Eigenschaft eliminiert innere Spannungen, die sich während der Materialalterung ansammeln, und stellt die Batteriespannung in ihren ursprünglichen Zustand wieder her. Diese Entdeckung befasst sich mit der Leistungsverschlechterung, die durch die ungeordnete Kristallstruktur von sauerstoffaktiven Materialien nach längerem Gebrauch verursacht wird.
Technische Vorteile
Strukturelle Wiederherstellung: Während der thermischen Kontraktion ordnen sich die atomaren Anordnungen neu an, wodurch Gitterverzerrungen, die durch Alterung verursacht werden, beseitigt und die Energieabgabeeffizienz wiederhergestellt wird.
Erhöhte Energiedichte: Lithiumreiche Mangan-basierte Materialien erreichen eine Entladekapazität von 300 mAh/g und übertreffen damit bestehende Lithium-Eisenphosphat- und ternäre Materialien, wodurch die Batterieleistungsdichte potenziell um 30 % gesteigert werden kann.
Kostenvorteil: Die Rohstoffkosten sind niedriger als bei ternären Materialien und vergleichbar mit Lithium-Eisenphosphat-Batterien.
Anwendungsperspektiven
Diese Technologie kann direkt in Szenarien mit hohem Reichweitenbedarf wie Elektrofahrzeugen und Elektroflugzeugen eingesetzt werden. Es wird erwartet, dass sich die Lebensdauer der Batterie-Lade-Entlade-Zyklen verdoppelt, wodurch das ‘Reichweitenangst’-Problem bestehender Lithiumbatterien angegangen wird.
Diese Errungenschaft wurde am 16. April 2025 in der Zeitschrift Nature veröffentlicht und markiert einen bedeutenden Durchbruch in Chinas Forschung und Entwicklung von Lithiumbatterien mit hoher Energiedichte.