Südkoreanische Forscher entwickeln leichtere E-Auto-Batterie mit größerer Reichweite
Forscher am KAIST in Südkorea haben mit einer aus der Chipherstellung stammenden Technik anodenfreie Lithium-Metall-Batterien entwickelt, die auf weniger Raum und Gewicht mehr Energie speichern – was Elektroautos künftig größere Reichweiten pro Ladung ermöglichen könnte.
Ein Team unter der Leitung der Professoren Jinwoo Lee und Hee-Tae Jung vom Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST) hat gemeinsam mit Kollegen der Kyungpook National University und des National NanoFab Center einen vielversprechenden Fortschritt im Design von Batterien für Elektrofahrzeuge vorgestellt. Im Zentrum der Innovation steht eine anodenfreie Architektur: Durch den Verzicht auf die herkömmliche Graphit-Anode wird die Batterie leichter und kompakter, wodurch mehr Raum für eine höhere Energiedichte entsteht. Das altbekannte Problem anodenfreier Designs besteht darin, dass sich Lithium-Metall beim Laden ungleichmäßig ablagert und dabei zerstörerische, nadelartige Strukturen bildet, sogenannte Dendriten, die die Lebensdauer der Batterie verkürzen. Das KAIST-Team ging dieses Problem an, indem es die Kupferfolie des Stromkollektors mit mikroskopisch kleinen Röhrenstrukturen versah – jede etwa 300 Nanometer im Durchmesser und 150 Nanometer hoch – unter Einsatz der Secondary-Sputtering-Lithographie (SSL), einer Präzisionstechnik aus der Halbleiterfertigung. Die strukturierte Oberfläche bietet etwa die vierfache Abscheidungsfläche einer glatten Kupferfolie, was eine gleichmäßigere Lithium-Ablagerung begünstigt. Zusätzlich brachten die Forscher eine ultradünne, 10 Nanometer starke MXene-Beschichtung an, die als Grundierung dient und die Bildung einer stabilen, lithiumfluoridreichen Schutzschicht während des Betriebs fördert. Zusammen sorgen diese Merkmale dafür, dass sich Lithium gleichmäßig ablagert und das Dendritenwachstum unterdrückt wird, wodurch sich die Nutzungsdauer der Batterie verlängert, ohne ihre Größe oder ihr Gewicht wesentlich zu erhöhen. Ko-Erstautorinnen und -autoren der Studie sind die KAIST-Forscherinnen und -Forscher Eunji Kim, Hyunju Jung und Jinuk Kim. Die Ergebnisse wurden am 1. September online in der internationalen Fachzeitschrift Advanced Functional Materials veröffentlicht.
