Ein Forschungsteam der UNIST hat kürzlich ein innovatives gelartiges Elektrolytmaterial entwickelt, das die Lebensdauer von Hochvoltbatterien für Elektrofahrzeuge (EV) mit Langstreckenbetrieb deutlich verlängern und deren Sicherheit verbessern kann. Hochvolt-Lithium-Ionen-Batterien (LIBs) speichern zwar mehr Energie, neigen aber bei Ladespannungen über 4,4 V zur Bildung reaktiver Sauerstoffspezies (ROS). Dies führt zu beschleunigter Alterung, verstärkter Quellung und einem höheren Explosionsrisiko. Der neu entwickelte, auf Anthracen basierende, halbfeste Gelelektrolyt (An-PVA-CN) verhindert die Freisetzung von ROS aus den Elektroden während des Hochspannungsladens und bietet so einen doppelten Schutz für die Batterie.

Das Forschungsteam unter der Leitung von Professor Hyun-kun Song vom College für Energie- und Chemieingenieurwesen der UNIST arbeitete mit Experten des Koreanischen Forschungsinstituts für Chemische Technologie (KRICT) und des Koreanischen Forschungsinstituts für Elektronik und Technologie (KETI) zusammen. Die Anthracenkomponente dieses neuartigen Elektrolyten bindet instabilen Oberflächensauerstoff und verhindert dessen Umwandlung in reaktive Sauerstoffspezies. Gleichzeitig werden vorhandene reaktive Sauerstoffspezies eingefangen und entfernt. Darüber hinaus stabilisieren die Nitrilgruppen (-CN) das Nickelmetall in der Kathode und verhindern so dessen Auflösung und strukturelle Verformung während des Ladevorgangs. Erstautor Li Zhengren betonte: „Das Besondere an dieser Studie ist, dass sie die Bildung reaktiver Sauerstoffspezies direkt an ihrer Quelle verhindert.“ Experimentelle Daten zeigen, dass Batterien mit diesem Elektrolyten nach 500 Lade-Entlade-Zyklen bei einer hohen Spannung von 4,55 V 81 % ihrer Anfangskapazität behalten, während herkömmliche Batterien bereits nach 180 Zyklen mehr als 80 % ihrer Kapazität verlieren. Dies führt zu einer nahezu dreifachen Verlängerung der Batterielebensdauer. Gleichzeitig wird die durch Gasentwicklung verursachte Ausdehnung deutlich reduziert. Der Gelelektrolyt begrenzt die Ausdehnung auf etwa 13 Mikrometer, verglichen mit 85 Mikrometern in herkömmlichen Batterien – eine Reduzierung um etwa das Sechsfache.

Professor Song Xuankun erklärte, diese Forschung zeige, dass Sauerstoffreaktionen in Hochvoltbatterien bereits in der Elektrolyt-Designphase kontrolliert werden können. Dieses Prinzip birgt großes Potenzial für die Entwicklung leichter Lithium-Ionen-Batterien und bietet neue Lösungen für die Luft- und Raumfahrtindustrie sowie für großtechnische Energiespeichersysteme.

Weitere Informationen: Jeongin Lee et al., „Inhibition of Oxygen Dimerization and Oxygen Evolution Reaction in Electrolyte-Driven High-Voltage Lithium-Ion Batteries“, *Advanced Energy Materials* (2025). Zeitschrifteninformationen: *Advanced Energy Materials*