Fortschritte im Elektrolytdesign Hochsichere und ultraschnelle Ladung für Lithium-Ionen-Batterien

In einer neuen Studie haben Forscher unter der Leitung von Associate Professor Janghyuk Moon von der Chung-Ang University eine innovative Strategie zur Abschwächung der Polarisierung aufgrund von konzentrationsbedingten Effekten vorgestellt, um diese Herausforderung zu bewältigen. Dr. Moon: „Unsere Studie zielt darauf ab, die Reichweite von Elektrofahrzeugen zu erhöhen und die Ladezeiten zu verkürzen, indem wir fortschrittliche Batterietechnologien entwickeln und dabei insbesondere die in kommerziellen Batterien häufig verwendeten LiPF6 und linearen Karbonate nutzen. Indem wir die Kinetik und Stabilität von Batterien unter Schnellladebedingungen verbessern, hoffen wir, einen bedeutenden Einfluss auf die Elektrofahrzeugindustrie und letztlich auf das tägliche Leben der Menschen zu haben.“

In dieser Studie wurde untersucht, wie sich die Verwendung bestimmter Elektrolyte, zum Beispiel linearer Elektrolyte auf Carbonatbasis mit konzentriertem LiPF6, auf den Prozess der Entfernung des Lösungsmittels (Desolvatisierung) aus dem Lithium-Ionen und seine schnelle Einbringung in die Graphitanode auswirkt. Um dies zu erreichen, wurden Elektrolyte mit niedriger Aktivierungsenergie verwendet, darunter Dimethylcarbonat, Ethylmethylcarbonat und Diethylcarbonat, wobei der Schwerpunkt auf Dimethylcarbonat lag, um die Überwindung der Barriere für die Desolvatisierung zu erleichtern. Labortests bestätigten, dass diese Elektrolyte die Schnellladefähigkeit von Lithium-Ionen-Batterien verbessern, wie eine 1,2-Ah-Pouch-Zelle beweist, die über 200 Zyklen eine dreimal höhere Kapazität behält. Außerdem wurde das Aufquellen der Zellen durch Lithium-Ionen-Plattierung verhindert, ein häufiges Problem bei herkömmlichen Elektrolyten.

Simulation der Struktur von flüssigen Elektrolyten

Des Weiteren wurde die „Molekulardynamik“ eingesetzt, um die Strukturen des flüssigen Elektrolyten bei unterschiedlichen Konzentrationen, sowohl bei hohen als auch bei niedrigen, theoretisch zu simulieren. Damit sollten die Veränderungen der Mikroumgebung innerhalb des Batteriesystems verstanden werden, um zu verstehen, wie der Elektrolyt die Grenzflächenkinetik und die Batterieleistung beeinflusst. Dieser kombinierte Ansatz aus praktischen Experimenten und rechnerischer Analyse unterstreicht die Bedeutung dieser Studie für die Weiterentwicklung der Batterietechnologie für praktische Anwendungen, insbesondere in Elektrofahrzeugen.

„Durch die Verbesserung der Batterieleistung im Hinblick auf ein schnelleres Aufladen und eine größere Reichweite trägt diese Studie direkt dazu bei, Elektrofahrzeuge praktischer und attraktiver für einen breiteren Nutzerkreis zu machen. Wenn dies zu mehr Bequemlichkeit für die Menschen führt, könnte dies die breite Akzeptanz dieser Fahrzeuge weiter fördern. Langfristig könnten solche technologischen Verbesserungen eine entscheidende Rolle bei der Verringerung der Kohlenstoffemissionen und der Abschwächung des Klimawandels spielen, was sich tiefgreifend auf das Leben der Menschen und die Gesundheit unseres Planeten auswirken würde“, stellt Dr. Moon in Aussicht.

Dieser Artikel wurde mit Deepl aus dem Englischen übersetzt.