Die Energiedichte ternärer Lithiumbatterien nähert sich ihrer Grenze. Wann übernehmen Festkörperbatterien die Verantwortung?

Derzeit wird die Entwicklung reiner Elektrofahrzeuge durch die geringe Energiedichte der Batterien eingeschränkt. Ohne einen großen Durchbruch bei der Energiedichte der Batterien kann die Reichweite reiner Elektrofahrzeuge nicht wesentlich verbessert werden. Die Entwicklung reiner Elektrofahrzeuge wird lediglich auf politischer Unterstützung beruhen und es wird ihr an Marktdynamik mangeln.

Kürzlich gab das Ningbo Institute of Materials Technology and Engineering der Chinesischen Akademie der Wissenschaften bekannt, dass das von ihm geleitete Projekt „All-Solid-State Battery“, ein Nano-Pionierprojekt, die Genehmigung erhalten habe. Dieser technologische Fortschritt wird die großflächige Anwendung von Festkörper-Lithiumbatterien in China fördern.

Branchenkenner sagten, dass die derzeitige Energiedichte einzelner Zellen ternärer Lithiumbatterien ihre Grenzen erreicht habe und es schwierig sei, große Durchbrüche zu erzielen. Um die Energiedichte ternärer Lithiumbatterien weiter zu verbessern, ist es notwendig, den Nickelanteil in der Batterie weiter zu erhöhen. Wenn jedoch der Nickelanteil in der Batterie zunimmt, wird die thermische Reaktion im Inneren der Batterie aufgrund der schlechten thermischen Stabilität des hohen Nickelanteils sehr heftig, was ein besorgniserregendes Sicherheitsproblem darstellt.

Mit der Batterietechnologie von Sanyuanli ist es sehr schwierig, das Ziel einer Energiedichte von 350 Wh/kg bei den Leistungsbatterien zu erreichen. Daher hofft die Industrie, durch den Einsatz von Festkörperbatterien die Energiedichte der Batterien weiter zu verbessern.

Eine Festkörperbatterie ist eine Batterie, die feste Elektroden und feste Elektrolyte verwendet. Sein fester Elektrolyt ist nicht entflammbar, nicht korrosiv, nicht flüchtig und auslaufsicher. Es funktioniert gut bei hohen Temperaturen und ist sicherer. Durch den Einsatz von Festkörperbatterien wird die Brandgefahr bei Elektrofahrzeugen deutlich verringert.

Immer mehr in- und ausländische Unternehmen und Forschungseinrichtungen konzentrieren sich auf Festkörper-Lithiumbatterien. Volkswagen hat Pläne zur Entwicklung von Feststoffbatterien mit einer Reichweite von 1.000 km angekündigt; Toyota Motor geht davon aus, die Forschung und Entwicklung von Festkörperbatterien im Jahr 2022 abzuschließen und plant, im Jahr 2030 mit der Massenproduktion zu beginnen.

Elektrolytmaterialien sind der Kern der Festkörper-Lithiumbatterietechnologie. Derzeit konzentriert sich die Forschung zu Festkörperelektrolyten hauptsächlich auf drei Hauptmaterialtypen: Polymere, Oxide und Sulfide. Polymere weisen eine gute Hochtemperaturleistung auf und werden bereits kommerziell eingesetzt. Oxide haben eine gute Zyklenbeständigkeit und eignen sich für flexible Dünnschichtstrukturen; Sulfide haben die höchste elektrische Leitfähigkeit und sind die Hauptrichtung für die Zukunft.

Allerdings stehen Festkörperbatterien noch vor einigen technischen Herausforderungen. Festkörperelektrolyte weisen einen hohen Widerstand auf und stellen hinsichtlich Leitfähigkeit, Batterierate, Effizienz der Batterievorbereitung und Kostenkontrolle technische Herausforderungen dar. Im Mai dieses Jahres äußerte Toyota die Hoffnung, nach 2020 Feststoffbatterien herstellen zu können. Wenn das Unternehmen jedoch mit der Massenproduktion von Feststoffbatterien beginnen möchte, muss es bis nach 2030 warten.

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