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 Leistungskennzahlen verbessern die Energiedichte und Lebensdauer bestehender Lithium-Ionen-Batterien direkt um das 2-3-fache.

Mit der rasanten Entwicklung aufstrebender Bereiche wie elektrischer Transport, Niedrigflugwirtschaft, Unterhaltungselektronik und humanoider Roboter wird die Nachfrage nach hochenergetischen, langlebigen wiederaufladbaren Batterien immer dringlicher. Die Energiedichte ist eine zentrale Batteriekennzahl, und die Frage, wie mehr Energie bei geringerem Gewicht und kleinerer Größe gespeichert werden kann, ist eine technische Herausforderung, die Forscher weltweit zu bewältigen versuchen.

Lithium-Metall-Batterien, deren theoretische Energiedichte deutlich höher ist als die herkömmlicher Lithium-Ionen-Batterien, gelten als nächste Generation der Batterietechnologie, die die Leistungsengpässe und Lebensdauer bestehender Batterien adressieren kann. Allerdings können aktuelle Elektrolyt-Designs die Anforderungen an verbesserte Batterieenergieabgabe und Zykluslebensdauer nicht gleichzeitig erfüllen.

Nach Jahren innovativer Forschung und technischer Durchbrüche hat ein Forschungsteam der Tianjin University und seiner Partner ein "delokalisiertes" Designkonzept für hochenergetische Lithium-Metall-Batterie-Elektrolyte entwickelt. Dieses Konzept durchbricht die traditionelle Abhängigkeit des Elektrolyt-Designs von einer dominanten Solvatationsstruktur und erreicht sowohl eine verbesserte Energiedichte als auch eine bessere Gesamtleistung. Die Forschungsergebnisse wurden am 13. August in der internationalen Fachzeitschrift Nature veröffentlicht.

Hu Wenbin, Professor an der School of Materials Science and Engineering der Tianjin University und Leiter des Teams, erklärte, dass das Forschungsteam durch diese Innovation die Leistungsziele für die hochenergetische Batterie "Battery600" erreicht und die Skalierbarkeit für das hochenergetische Batteriepaket "Pack480" erfolgreich umgesetzt hat, was eine wichtige Grundlage für die zukünftige Anwendung von Lithium-Metall-Batterien schafft. Darüber hinaus weist die Technologie auch eine hervorragende Zyklusstabilität und Sicherheit auf.

Derzeit nutzt das Team nationale Plattformen wie die Tianjin University National Energy Storage Technology Industry-Education Integration Innovation Platform und das National Key Laboratory of Precious Metal Functional Materials, um die technische Transformation und Anwendungsüberprüfung dieser Ergebnisse aktiv voranzutreiben. Sie haben bereits eine Pilotproduktionslinie für hochenergetische Lithium-Metall-Batterien eingerichtet, die erfolgreich in drei Modelle von Miniatur-Vollelektro- unbemannten Luftfahrzeugen in China eingesetzt wurden und die Flugzeit im Vergleich zu bestehenden Batterien um das 2,8-fache erhöhen.

Es wird berichtet, dass das Team derzeit die Kerntechnologien der gesamten Kette hochenergetischer Lithium-Batterien, nämlich "Materialien-Elektrolyt-Elektrode-Batterie", beherrscht. Alle Rohstoffe und Schlüsseltechnologien sind eigenständig kontrollierbar, und das Team besitzt die Fähigkeit zur Massenproduktion mit hoher Konsistenz. Es wird erwartet, dass die Produktion in der zweiten Hälfte dieses Jahres vollständig aufgenommen wird.