Neue Forschung: Gel-Elektrolyte revolutionieren die Zukunft der Elektromobilität

BerlinFORSCHUNGSERFOLG: NEUES GEL-ELEKTROLYT FÜR BATTERIEN ENTWICKELT

Ein Forscherteam an der POSTECH unter der Leitung von Professor Soojin Park sowie den Forschern Seoha Nam und Dr. Hye Bin Son hat eine neue, stabile und marktreife Batterie mit einem Gel-Elektrolyt entwickelt. Ihre Ergebnisse wurden in der Zeitschrift "Small" veröffentlicht.

Lithium-Ionen-Batterien sind weit verbreitet in Elektroautos und elektronischen Geräten. Allerdings können flüssige Elektrolyte in diesen Batterien Brände oder Explosionen verursachen. Wissenschaftler suchen daher nach sichereren Alternativen. Eine mögliche Lösung ist eine halbfeste Batterie mit einem gelartigen Elektrolyten.

Vorteile von Gel-Elektrolyten sind unter anderem:

• Verbesserte Stabilität
• Höhere Energiedichte
• Längere Lebensdauer

Die Herstellung von Gel-Elektrolyten erfordert häufig langes Erhitzen bei hohen Temperaturen. Dies kann den Elektrolyten beschädigen und die Effizienz der Batterie verringern. Außerdem stellt der Widerstand an der Kontaktstelle zwischen Gel-Elektrolyt und Elektrode ein Problem dar.

Frühere Studien scheiterten an der Skalierung für die kommerzielle Produktion, da komplizierte Herstellungsverfahren schwer mit bestehenden Batterie-Produktionslinien zu kombinieren waren. Das Team von Professor Park löste diese Probleme durch den Einsatz eines speziellen Zusatzstoffes namens Dipentaerythritol Hexaacrylat (DPH) und einer Technologie, die als Elektronenstrahl (E-Strahl) bekannt ist.

Der herkömmliche Fertigungsprozess für Pouch-Batterien umfasst folgende Schritte:

• Vorbereitung der Elektroden
• Elektrolyteinspritzung und Montage
• Aktivierung
• Entgasung

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Das Team fügte nach der Gasentfernung einen zusätzlichen Schritt der e-Strahlen-Bestrahlung hinzu. Dies verbesserte die doppelte Funktion von DPH. DPH stabilisierte die Schnittstelle zwischen Anoden- und Kathodenoberflächen. Während der e-Strahlen-Bestrahlung verband es sich zudem zu einer Polymerstruktur.

Die neue Batterie des Teams mit einem Gel-Elektrolyten zeigte vielversprechende Ergebnisse. Sie reduzierte die durch Nebenreaktionen erzeugten Gase in den ersten Lade-Entlade-Zyklen um das 2,5-fache im Vergleich zu herkömmlichen Batterien. Zudem wurde der Grenzflächenwiderstand gesenkt, da die Elektroden und der Gel-Elektrolyt gut aufeinander abgestimmt waren.

Die Forscher entwickelten eine Hochkapazitätsbatterie mit einer Kapazität von 1,2 Ah und testeten sie bei 55 Grad Celsius. Diese Temperatur beschleunigte den Abbau des Elektrolyts. Herkömmliche Elektrolytbatterien erzeugten viel Gas und verloren nach 50 Zyklen schnell an Kapazität. Die neue Batterie hingegen erzeugte kein Gas und behielt auch nach 200 Zyklen eine Kapazität von 1 Ah.

Dies ist ein großer Erfolg. Es beweist, dass Gel-Elektrolyt-Batterien sicher, langlebig und marktbereit sein können. Zudem können sie in großen Mengen mit aktuellen Pouch-Batterie-Produktionsmethoden hergestellt werden.

Professor Soojin Park erklärte, dass diese neue Entdeckung die Elektrofahrzeugbranche revolutionieren wird. Er fügte hinzu, dass sie auch anderen Geräten, die Lithium-Ionen-Batterien verwenden, zugutekommen wird. Ihre Forschung wurde vom Mid-Career Research Program der Nationalen Forschungsstiftung Koreas finanziert.

Das Forschungsteam von POSTECH arbeitet daran, Gel-Elektrolyt-Batterien sicherer und kommerziell nutzbarer zu machen.

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