Ein Forschungsteam des Oak Ridge National Laboratory des US-Energieministeriums hat kürzlich Forschungsergebnisse zu einem neuen Elektrolytmaterial für Energiespeichersysteme veröffentlicht. Das Team hat eine innovative „pseudo-feste Polyelektrolytmembran“ entwickelt, die darauf abzielt, die Sicherheit, Effizienz und mechanische Festigkeit von Energiespeichergeräten zu erhöhen.

Die Forschung konzentrierte sich hauptsächlich auf die Lösung von Problemen wie begrenzter Lebensdauer und Brandrisiken, die in aktuellen flüssigen Elektrolyt-Energiespeichersystemen üblich sind. Das Team nutzte ein Ionengel, das aus Lithiumsalz und ionischer Flüssigkeit hergestellt wurde, und baute es schichtweise mit ultradünnen Polymerfolien auf, um ein Verbundmembranmaterial zu konstruieren, das sowohl gute Ionenleitfähigkeit als auch strukturelle Festigkeit aufweist. Bishnu Prasad Thapaliya, Forscher in der Abteilung für Chemische Wissenschaften des Labors und Hauptautor der Studie, sagte: „Diese Balance verbessert Effizienz und Sicherheit.“

Das Design dieser neuartigen Membran zielt darauf ab, die Bildung von Dendriten in Lithium-Metall-Batterien zu unterdrücken. Dendriten sind nadelförmige Strukturen, die den Separator durchdringen und einen Kurzschluss verursachen können. Die vom Team hergestellte feste Struktur benötigt keinen flüssigen Elektrolyten, und ihre verbesserte mechanische Festigkeit hilft, Dendritendurchdringung und internem Druck zu widerstehen, wodurch die Systemsicherheit erhöht wird. In Labortests zeigte die Membran über Hunderte von Lade-Entlade-Zyklen hinweg eine stabile Leistung.

Diese Studie wurde vom Oak Ridge National Laboratory geleitet, mit Beteiligung von Forschern der University of Tennessee, Knoxville und anderer Institutionen. Thapaliya wies darauf hin, dass das Ziel des Teams die Entwicklung skalierbarer Membranmaterialien auf dieser Grundlage sei, mit der Hoffnung, sie in Zukunft in kommerziellen Energiespeichersystemen einsetzen zu können. In der weiteren Arbeit planen die Forscher, die automatisierte Ausrüstung des Labors zu nutzen, um den Produktionsprozess dieses schichtweisen Aufbauverfahrens zu optimieren.

Die Forschungsergebnisse werden als hilfreich für die Förderung der Entwicklung von Energiespeichertechnologien der nächsten Generation angesehen. Potenzielle Anwendungen könnten Bereiche wie Unterhaltungselektronik, tragbare medizinische Geräte und Luft- und Raumfahrt umfassen.

Weitere Informationen: Autoren: Bishnu P. Thapaliya et al., Titel: „Mechanically Reinforced Pseudo-Solid Poly Electrolyte Membranes via Layer-by-Layer Assembly for High-Performance Lithium Metal Batteries“, veröffentlicht in: Advanced Functional Materials (2024). Zeitschrifteninfo: Advanced Functional Materials