Neue Forschung: Hochtemperatur-Einkristalle könnten Reichweite von Elektrofahrzeugen auf eine Million Kilometer steigern

BerlinEine neue Methode zur Herstellung von Einkristallmaterialien könnte die Lebensdauer der Kathoden in Elektrofahrzeug-Batterien verlängern. Forscher von POSTECH und POSCO Holdings N.EX.T Hub haben einen Weg gefunden, die Haltbarkeit von nickelbasierten Kathoden zu verbessern, indem sie sie zu großen Einkristallen formen. Diese Entdeckung, veröffentlicht in ACS Materials & Interfaces, ist ein wichtiger Schritt in Richtung langlebigerer EV-Batterien.

Lithium (Li)-Batterien sind unverzichtbare Komponenten von Elektrofahrzeugen (EVs). Sie funktionieren, indem Li-Ionen zwischen zwei Bereichen, der Kathode und der Anode, hin- und herbewegt werden. Dabei werden häufig Nickel (Ni)-Materialien eingesetzt, da sie viele Lithium-Ionen speichern können. Traditionelle nickelbasierte Kathoden bestehen jedoch aus vielen kleinen Kristallen, die im Laufe der Zeit und durch wiederholte Nutzung abbauen und an Effizienz verlieren.

Das Forschungsteam entdeckte, dass die Herstellung dieser Materialien bei hohen Temperaturen zu kathoden mit verbesserter Festigkeit führt. Wichtige Erkenntnisse umfassen:

• Konventionelle polykrisalline Nickel-Kathoden verschlechtern sich im Laufe der Zeit.
• Die Synthese von Einkristallen bei hohen Temperaturen erhöht die Haltbarkeit.
• Die „kritische Temperatur“ ist entscheidend für die Herstellung hochwertiger Einkristalle.
• Einkristalle sind widerstandsfähig gegen Verschleiß und verlängern die Lebensdauer von EV-Batterien.

Das Team arbeitete daran, die optimale Temperatur für die Herstellung von einkristallinen Nickel-Kathoden zu ermitteln. Sie testeten verschiedene Temperaturen und stellten fest, dass die Materialien ab einer bestimmten kritischen Temperatur "Verdichtung" erfuhren. Dieser Prozess vergrößerte die inneren Kornstrukturen und füllte leere Räume im Material, wodurch es sehr hart und verschleißfest wurde.

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Eine neue Methode verlängert die Lebensdauer von Nickel-basierten Kathoden. Professor Kyu-Young Park erklärte, das Ziel bestünde darin, Sekundärbatterien kostengünstiger, schneller und langlebiger zu machen. Langfristig soll dies die Leistung und Kosteneffizienz von Batterien für Elektrofahrzeuge verbessern.

Diese Erkenntnisse könnten die Elektrofahrzeugbranche revolutionieren. Langlebigere Batterien bedeuten weniger Austauschbedarf und somit niedrigere Kosten für den Besitz eines E-Fahrzeugs. Zudem könnte die Umwelt entlastet werden, da weniger Batterien entsorgt und weniger Rohstoffe benötigt würden.

Diese Technologie könnte es ermöglichen, dass Elektrofahrzeuge weitaus größere Entfernungen zurücklegen, möglicherweise bis zu eine Million Kilometer. Dies wäre ein bedeutender Vorteil für Verbraucher, die noch Bedenken hinsichtlich der begrenzten Reichweite von Elektroautos haben.

Diese Studie belegt, dass Elektrofahrzeuge in der Zukunft wahrscheinlich leistungsfähigere und langlebigere Batterien haben werden. Durch die Verbesserung der Herstellung von Einzelkristallen bei hohen Temperaturen kann die Lebensdauer und Leistung von EV-Batterien erheblich gesteigert werden.