de.wedoany.com-Bericht: Ein Forschungsteam der South China Normal University (华南师范大学) hat einen auf vernetztem Poly(tetrahydrofuran) (poly(THF)) basierenden in-situ polymerisierten Festelektrolyten entwickelt, der Lithium-Metall-Batterien einen stabilen Betrieb in einem breiten Temperaturbereich von -40 °C bis 55 °C bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung der Hochspannungsleistung ermöglicht.
Festkörperbatterien gelten als Alternative zu herkömmlichen Lithium-Ionen-Batterien, jedoch weisen die meisten festen Polymerelektrolyte Probleme wie niedrige Ionenleitfähigkeit, schlechten Kontakt mit den Elektroden und begrenzte Hochspannungsstabilität auf. Bestehende in-situ polymerisierte Polyether-Elektrolyte neigen zudem bei Verwendung mit Hochspannungskathoden zur Degradation, was die Batterielebensdauer beeinträchtigt.
Das Team ließ den Elektrolyten durch ein In-situ-Polymerisationsverfahren direkt im Inneren der Batterie entstehen. Das flüssige Vorläufermaterial kann vor der Aushärtung engen Kontakt mit den Elektroden herstellen und ist mit bestehenden Produktionsmethoden für Lithium-Ionen-Batterien kompatibel. Das Forschungsteam ersetzte das übliche Monomer 1,3-Dioxolan durch Tetrahydrofuran, wodurch die Oxidationsstabilität des Elektrolyten auf 4,9 Volt erhöht wurde. Ethylenglycoldiglycidylether diente als Vernetzungsmittel zum Aufbau einer dreidimensionalen Struktur, die zusätzliche Wege für die Bewegung der Lithiumionen schafft und die Ionenleitfähigkeit bei Raumtemperatur auf 3,3 mS/cm erhöht. Lithiumdifluor(oxalato)borat (LiDFOB) fungiert sowohl als Lithiumsalz als auch als Initiator und bildet auf der Elektrodenoberfläche eine schützende Grenzschicht aus Lithiumfluorid sowie Bor-Sauerstoff-Fluor-Verbindungen, die Nebenreaktionen unterdrückt.
In Tests mit nickelreichen NCM811- und Lithiumcobaltoxid-Kathoden zeigte der Elektrolyt bei einer hohen Grenzspannung von 4,5 Volt nach Hunderten von Zyklen nur minimale Kapazitätsverluste und deckte einen Arbeitstemperaturbereich von -40 °C bis 55 °C ab. Die Forscher wiesen darauf hin, dass das Material für Elektrofahrzeuge, elektrische Senkrechtstarter und netzgekoppelte Energiespeichersysteme geeignet ist.
Das Forschungsteam ist der Ansicht, dass die Designstrategie auf natriumbasierte und Lithium-Schwefel-Batteriesysteme ausgeweitet werden kann. Die entsprechenden Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift „eScience Energy“ veröffentlicht.
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