Um die Reichweite von Elektrofahrzeugen zu erhöhen, verwendet die Industrie üblicherweise hochnickelhaltige Kathodenmaterialien für die Batterieherstellung. Ein hoher Nickelgehalt führt jedoch leicht zu einem schnellen Leistungsabfall während der Lade- und Entladezyklen. Ein Forschungsteam unter der Leitung von Professor Park Kyu-young vom Department für Batterietechnik und dem Department für Materialwissenschaft und Werkstofftechnik der Pohang University of Science and Technology (Pohang University of Science and Technology) in Südkorea hat bestätigt, dass dieser Leistungsabfall eng mit Sauerstoffleerstellen zusammenhängt, die durch interne Strukturverzerrungen im Material entstehen. Die entsprechenden Forschungsergebnisse wurden online in der Fachzeitschrift *Advanced Functional Materials* veröffentlicht.

Das Forschungsteam fand heraus, dass die Zugabe einer geringen Menge Aluminium (Al) zum Kathodenmaterial die Bildung von Sauerstoffleerstellen wirksam unterdrücken und dadurch die Batterielebensdauer deutlich verlängern kann. Professor Park Kyu-young erklärte: „Diese Studie identifiziert den Kapazitätsverlust, der durch Strukturverzerrungen in hochnickelhaltigen Kathodenmaterialien für Elektrofahrzeuge verursacht wird. Dies erweitert die Designmöglichkeiten für Hochleistungsbatterien der nächsten Generation.“ Angesichts des steigenden Bedarfs an Energiespeicherkapazität in Elektrofahrzeugen hat sich die Erhöhung des Nickelgehalts als gängige Methode zur Verbesserung der Energiedichte etabliert. Allerdings beschleunigt ein höherer Nickelgehalt auch den Kapazitätsverlust der Batterie. Das Team hat den grundlegenden Mechanismus theoretisch aufgeklärt: Natürlich auftretende Gitterstrukturverzerrungen während des Ladens und Entladens erzeugen zahlreiche Sauerstoffleerstellen, was zu einer Instabilität des Sauerstoffgitters und einer Verkürzung der Batterielebensdauer führt.

Experimente zeigten, dass der teilweise Ersatz von Nickel durch eine geringe Menge Aluminium die Batteriestruktur stabilisieren kann, indem die elektronische Umgebung um die Sauerstoffatome verbessert wird. Diese Methode unterdrückte erfolgreich die Bildung von Sauerstofflöchern und verbesserte nachweislich die Zyklenlebensdauer der Batterie signifikant. Diese Forschung klärt die Ursache der Leistungsverschlechterung hochnickelhaltiger Kathoden auf atomarer Ebene auf und schlägt eine Strategie vor, die Energiedichte und Lebensdauer in Einklang bringt.

Professor Park Kyu-young betonte: „Diese Errungenschaft liefert eine Schlüsselstrategie, die nicht nur die Batterielebensdauer verlängert, sondern auch ein kritisches Problem bei hoch-nickelhaltigen Kathodenmaterialien – das thermische Durchgehen – mindert. Wir erwarten, dass sie einen bedeutenden Einfluss auf die gesamte Akkuindustrie haben wird.“ Diese Forschung gilt als wegweisende technologische Entdeckung, die gleichzeitig die Leistungsfähigkeit und das Sicherheitspotenzial von Elektrofahrzeugbatterien verbessern kann.

Weitere Informationen: Autoren: Eunseong Choi et al., Titel: „Origin of Dual-Ligand Holes and Anomalous Induced Effects of np6 Element in Nickel-Rich Cathodes“, veröffentlicht in: *Advanced Functional Materials* (2025). Zeitschrifteninformationen: *Advanced Functional Materials*