de.wedoany.com-Bericht: Die University of Arkansas hat auf dem Kathodenmaterial NMC811 eine 2 Nanometer dicke Schutzschicht aus Zirkoniumsulfid aufgebracht, wodurch die Zyklenlebensdauer von Lithium-Ionen-Batterien von weniger als 200 auf über 1000 vollständige Ladezyklen verlängert wurde. Die Studie adressiert Leistungsabfall und Sicherheitsprobleme, die durch die Freisetzung von molekularem Sauerstoff während des Batteriebetriebs verursacht werden. Mittels Atomlagenabscheidung wird eine Schutzschicht auf der Kathodenoberfläche errichtet, die Gasmoleküle aus Lithiumverbindungen absorbiert und in eine Zirkoniumsulfid-Struktur umwandelt, wodurch schädliche Reaktionen neutralisiert werden.

Derzeit steht NMC811 aufgrund seiner Energiedichte und Kostenvorteile im Fokus der Automobilindustrie. Bei kontinuierlicher Nutzung setzt das Material molekularen Sauerstoff frei, der mit der leitfähigen Flüssigkeit in Kontakt kommt und unerwünschte, leicht entzündliche Reaktionen auslöst, die die Energieeffizienz verringern und die Sicherheit gefährden. Obwohl die durchschnittliche Reichweite von Elektrofahrzeugen heute 600 Kilometer erreicht, bleibt die Degradation der Batteriekomponenten ein weit verbreitetes Anliegen der Nutzer. Allein auf dem europäischen Gebrauchtwagenmarkt wurden 2,2 Millionen Elektrofahrzeuge aus wirtschaftlichen Gründen übertragen. Das Team der University of Arkansas kontrollierte die Dicke der Schutzschicht auf nur 2 Nanometer auf der Kathodenoberfläche. Wenn der Ladungstransfer beginnt, absorbiert die Schutzschicht die von den Lithiumverbindungen freigesetzten Gasmoleküle und wandelt die ursprüngliche Schicht in eine Zirkoniumsulfid-Struktur um, die im abgedichteten Batteriesystem als aktiver Erhalter fungiert und die Oxidation der leitfähigen Flüssigkeit sowie die Bildung korrosiver Rückstände verhindert.

Labortests zeigten, dass ungeschützte Batterien nach 200 Zyklen eine starke Leistungsminderung aufwiesen, während die Lebensdauer mit Beschichtung auf über 1000 Zyklen verlängert wurde. Der Prototyp behielt nach 1300 Ladevorgängen noch eine Energieerhaltungsrate von 60 %. Die Forscher testeten auch alternative Verbindungen wie Lithiumsulfid, Aluminium, Zink und Kupfer. Diese Arbeit setzt frühere Forschungsrichtungen zum chemischen Schutz von Akkumulatoren fort. Xiangbo Henry Meng, außerordentlicher Professor am Fachbereich Maschinenbau der University of Arkansas, leitete die Versuche und beschrieb die Technologie als „robuste, saubere und oxidationsbeständige Schutzschicht auf der Batteriekathode“. In Spanien erreichte der nationale Pkw-Absatz im Jahr 2025 1.148.650 Einheiten, darunter 101.427 reine Elektrofahrzeuge und 124.189 Plug-in-Hybridfahrzeuge, wobei der Marktanteil von Elektrofahrzeugen 19,6 % betrug.