Konzentrationschwach Ultraniedrig konzentrierter Elektrolyt macht Akkus günstiger und nachhaltiger

Anbieter zum Thema

FAULHABER Austria GmbH

Schneider Electric GmbH

WFL Millturn Technologies GmbH & Co. KG

Ultraniedrig konzentrierter Elektrolyt für Lithium-Ionen-Batterien Lithium-Salze machen Akkumulatoren leistungsfähig, aber teuer. Doch es gibt eine Alternative ...

Ein ultraniedrig konzentrierter Elektrolyt auf Basis des Lithium-Salzes LiDFOB (Lithium-Difluor(oxalat)borat) könnte eine relativ billige und dabei nachhaltigere Alternative sein. Zellen mit diesem Elektrolyten und gängigen Elektroden zeigten sich hochleistungsfähig, wie ein Forschungsteam in der Zeitschrift Angewandte Chemie berichtet. Zudem könnte der Elektrolyt sowohl die Herstellung als auch das Recycling der Akkus vereinfachen, wie die Gesellschaft Deutscher Chemiker erfahren hat.

Bessere Elektrolyte – Entweder zu teuer oder schlecht handhabbar ...

Lithium-Ionen-Batterien (LIBs) versorgen etwa Smartphones und Tablets mit Strom, treiben Elektrofahrzeuge an und speichern Strom in Kraftwerken. Hauptbestandteile der meisten LIBs sind LCO-Kathoden (Lithium-Kobaltoxidund), Graphitanoden und flüssige Elektrolyte, die bewegliche Ionen für die entkoppelten Kathoden- und Anodenreaktionen liefern. Sie bestimmen die Eigenschaften der Grenzschicht, die sich auf den Elektroden bildet und damit etwa die Zyklusleistung, wie die Forscher erklären. Dennoch basieren kommerzielle Elektrolyte meist noch auf einem System, das schon vor über 30 Jahren formuliert wurde: 1,0 bis 1,2 mol pro Liter Lithium-Hexafluorphosphat (LiPF6) in Carbonsäureestern (Carbonatlösungsmittel). In den letzten zehn Jahren wurden hochkonzentrierte Elektrolyte (über 3 mol pro Liter) entwickelt, die die Leistungsfähigkeit von Batterien erhöhen, denn sie fördern die Bildung robuster anorganisch dominierter Grenzschichten. Allerdings sind sie hochviskos, schlecht benetzend und schlecht leitfähig. Wegen der hohen Mengen an Lithium-Salzen sind sie sehr teuer – oft ein kritischer Parameter für die Machbarkeit. Um diese Kosten zu senken, wird inzwischen auch an ultraniedrig konzentrierten Elektrolyten geforscht (unter 0,3 mol pro Liter). Der Nachteil ist aber, dass das Lösungsmittel in der Zelle stärker zersetzt wird als die wenigen Salzanionen, was zu einer organisch dominierten, weniger stabilen Grenzfläche führt.

Vielversprechende Vorteile eine neuer neuen Elektrolytrezeptur

Aber ein Forscherteam von der Ningbo University (China) und der University of Puerto Rico am Rio-Piedras-Campus (USA) hat jetzt einen ultraniedrig konzentrierten Elektrolyten entwickelt, der sich für praktische Anwendungen in Lithium-Ionen-Batterien eignen könnte. LiDFOB/EC-DMC. LiDFOB ist ein gängiges Additiv und wesentlich günstiger als LiPF6. EC-DMC (Ethylcarbonat/Dimethylcarbonat) ist wiederum ein kommerzielles Carbonatlösungsmittel. Der Elektrolyt hat einen rekordverdächtig niedrigen Salzgehalt von 2 Gewichtsprozent (0,16 mol pro Liter), aber eine ausreichend hohe ionische Leitfähigkeit (4,6 Millisiemens pro Zentimeter) für den Batteriebetrieb. Auch ermöglichen die besonderen Eigenschaften der DFOB–Anionen die Bildung einer anorganisch dominierten, robusten Grenzschicht auf LCO- und Graphitelektroden, die eine ausgezeichnete Zyklusstabilität in Halb- und Vollzellen ergab, wie die Forscher betonen. Während das gängige LiPF6 sich in Gegenwart bei Feuchtigkeit zersetzt und hochtoxisches, korrosives Fluorwasserstoffgas (HF) freisetzt, sei LiDFOB feuchtigkeits- und luftstabil. Statt unter strikten Trockenraumbedingungen könnten LIBs mit LiDFOB unter Umgebungsbedingungen hergestellt werden – eine weitere Kostenersparnis. Auch das Recycling wäre deutlich unproblematischer und damit nachhaltiger.

(ID:50013645)