Wissenschaftler der Hanyang-Universität in Seoul haben eine neue Methode entwickelt, um die Leistung und Haltbarkeit von Batterien zu erhöhen, die in verschiedenen elektronischen Geräten und Fahrzeugen verwendet werden. Ihre Technik besteht darin, die Batteriekathoden zu waschen und mit einer speziellen Lösung zu beschichten.
Batterien sind notwendig, um viele moderne Geräte und Maschinen mit Strom zu versorgen, von Smartphones und Laptops bis hin zu Elektroautos und Robotern. Eine der größten Herausforderungen für Batterieentwickler besteht jedoch darin, die Energiedichte und Haltbarkeit von Batteriezellen zu erhöhen, insbesondere von solchen, die Materialien mit hohem Nickelgehalt (Ni) als Kathoden verwenden.
Kathoden mit hohem Nickelgehalt haben viele Vorteile wie hohe Kapazität und niedrige Kosten. Sie haben jedoch auch einen erheblichen Nachteil: Sie neigen aufgrund ihrer hohen Reaktivität gegenüber Wechselwirkungen mit der Umwelt zu einem schnellen Abbau. Dies führt zur Bildung unerwünschter Lithiumverbindungen auf der Oberfläche der Kathode und zu schädlichen Nebenreaktionen mit dem Elektrolyten – der Flüssigkeit, die die elektrische Ladung im Inneren der Batterie transportiert.
Um dieses Problem zu lösen, haben Wissenschaftler eine einfache, aber wirksame Lösung entwickelt: das Waschen der Kathoden mit Wasser, das gelöste Kobaltionen (Co) enthält. Durch diesen Prozess wird überschüssiges Lithium von der Kathodenoberfläche entfernt und eine dünne, gleichmäßige, kobaltreiche Schicht erzeugt, die als Schutzschild fungiert. Diese Schicht verhindert den direkten Kontakt der Kathode mit dem Elektrolyten und verringert so die Möglichkeit einer weiteren Verschlechterung.
Die Wissenschaftler fügten der gewaschenen Kathode außerdem eine Fluoridbeschichtung hinzu, was die Stabilität und Sicherheit der Batterie weiter erhöhte. Die Fluoridbeschichtung verhindert den Abbau von Elektrolytsalzen und die Bildung von Gasblasen, die zum Aufquellen und sogar Explodieren der Batterie führen können.
Die Forscher testeten ihre Wasch- und Beschichtungstechnik an mehreren Kathoden mit hohem Nickelgehalt und verbesserten so deren Leistung und Lebensdauer deutlich. Behandelte Kathoden behielten nach 90 Zyklen mehr als 500 % ihrer ursprünglichen Kapazität, im Vergleich zu weniger als 80 % bei unbehandelten. Sie zeigten außerdem eine höhere Energiedichte und eine geringere Gasbildung als herkömmliche Kathoden.
Die Wissenschaftler hoffen, dass ihre Technik den Weg für die Entwicklung effizienterer und zuverlässigerer Batterien für verschiedene Anwendungen ebnen wird, insbesondere für Elektrofahrzeuge und große Elektronikgeräte. Sie erwarten auch, dass ihre Ergebnisse andere Wissenschaftler dazu inspirieren werden, neue Wege zu finden, um die Stabilität und Haltbarkeit von mit Nickel angereicherten Kathoden zu verbessern.
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