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Forscher steigern Energiedichte von Lithiumspeichermaterialien

Ein interdisziplinäres Forscherteam des KIT und des Helmholtz-Instituts Ulm (HIU) haben ein neues Kathodenmaterial, basierend auf einem neuen Speicherprinzip entwickelt, das deutlich höhere Energiespeicherdichten bietet.
Forscher steigern Energiedichte von Lithiumspeichermaterialien
Neues Speichermaterial mit (links) und ohne Lithium (rechts). (Abbildung: HIU)

Die Lithium-Ionen-Batterie ist die derzeit am weitesten verbreitete Batterietechnologie – kein anderer wiederaufladbarer Energiespeicher kann mit ihr mithalten. Eine Forschungsgruppe um Professor Maximilian Fichtner und Dr. Ruiyong Chen hat nun am KIT ein neues Speicherprinzip und ein darauf basierendes Material vorgestellt.

Bisher begrenzte Speicherdichte

Die bisher verwendeten Materialien basieren auf einer Einlagerung von Lithium in kleine Hohlräume (so genannte Zwischengitterplätze) - einer Wirtsstruktur, welche in der Regel aus Metalloxiden besteht. Diese Methode funktioniert gut, allerdings sind die damit erzielbaren Speicherdichten begrenzt, da das Lithium nicht besonders dicht in der Struktur gepackt werden kann. Auch ist die Einlagerung von mehr als einem Lithium-Ion pro Formeleinheit in der Regel nicht möglich, da die Struktur dann nicht mehr stabil ist und zerfällt.

Neuartiges Speichermaterial: Höhere Packungsdichte und Stabilität

Im Gegensatz zu den bisher verwendeten Materialien wird in dem von der Forschergruppe vorgestellten System das Lithium nicht mehr auf Zwischengitterplätzen, sondern direkt auf den Gitterplätzen einer kubisch dichtesten Packungsstruktur gespeichert, wodurch die deutlich höheren Packungsdichten erreicht werden.

Überraschenderweise sind die Lithium-Ionen sehr mobil in dieser Struktur und sie können leicht in das Gitter ein- und wieder ausgebaut werden. Das Gitter bleibt dabei insgesamt stabil – ein Novum bei solchen Speichermaterialien.

Das Helmholtz-Institut Ulm (HIU) wurde im Januar 2011 vom KIT als Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft in Kooperation mit der Universität Ulm gegründet. Das internationale Team aus rund 110 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern forscht im HIU an der Weiterentwicklung der Grundlagen von zukunftsfähigen Energiespeichern für den stationären und mobilen Einsatz.Das neue Materialsystem stellt die Forschungsgruppe in der Zeitschrift „Advanced Energy Materials“ vor.

Ausführliche Informationen zu dem neuen Speichersystem


mf/dm, 16.03.2015