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Kürzlich haben chinesische Forscher die Engpässe bei Energiedichte und Leistung konventioneller Lithium-Ionen-Batterien durchbrochen und Softpack-Zellen mit einer Energiedichte von über 600 watt-hours/kg sowie Modulbatterien mit einer Kapazität von 480 watt-hours/kg entwickelt. Diese Leistungsindikatoren verbessern die Energiedichte und die Batterielebensdauer bestehender Lithium-Ionen-Batterien direkt um das 2-3-Fache.

Mit der rasanten Entwicklung neuer Bereiche wie elektrischer Transport, Niedrigluftraumwirtschaft, Unterhaltungselektronik und humanoider Roboter wird der Bedarf an wiederaufladbaren Batterien mit hoher Energie und langer Lebensdauer zunehmend dringlicher. Die Energiedichte ist eine zentrale Batteriekennzahl, und wie sich mehr Energie bei gleichzeitiger Verringerung von Gewicht und Größe speichern lässt, ist eine technische Herausforderung, die Forscher auf der ganzen Welt zu überwinden versuchen.

Lithium-Metall-Batterien gelten aufgrund ihrer deutlich höheren theoretischen Energiedichte im Vergleich zu konventionellen Lithium-Ionen-Batterien als Batterietechnologie der nächsten Generation, die die Leistungsengpässe und die Batterielebensdauer bestehender Batterien bewältigen kann. Aktuelle Elektrolytdesigns haben jedoch Schwierigkeiten, gleichzeitig die Anforderungen an eine verbesserte Batterieenergieabgabe und Zyklenlebensdauer zu erfüllen.

Nach Jahren innovativer Forschung und technischer Durchbrüche hat ein Forschungsteam der Universität Tianjin gemeinsam mit seinen Partnern ein „delokalisiertes“ Designkonzept für Elektrolyte von Hochenergie-Lithium-Metall-Batterien entwickelt. Dieses Konzept durchbricht die Abhängigkeit traditioneller Elektrolytdesigns von einer dominanten Solvatisierungsstruktur und erreicht sowohl eine verbesserte Energiedichte als auch eine insgesamt bessere Leistung. Die Forschungsergebnisse wurden am August 13 in der internationalen Fachzeitschrift Nature veröffentlicht.

Hu Wenbin, Professor an der Fakultät für Materialwissenschaft und Werkstofftechnik der Universität Tianjin und Leiter des Teams, erklärte, dass das Forschungsteam durch diese Innovation die Leistungsziele der Hochenergiedichte-Batterie „Battery600“ erreicht und erfolgreich die Skalierbarkeit für das Hochenergiedichte-Batteriepack „Pack480“ umgesetzt habe, wodurch eine wichtige Grundlage für die künftige Anwendung von Lithium-Metall-Batterien gelegt wurde. Darüber hinaus weist die Technologie auch eine ausgezeichnete Zyklenstabilität und Sicherheit auf.

Derzeit fördert das Team unter Nutzung nationaler Plattformen wie der Nationalen Innovationsplattform für die Integration von Industrie und Bildung im Bereich Energiespeichertechnologie der Universität Tianjin und des Nationalen Schlüssellabors für funktionale Edelmetallmaterialien aktiv die technische Transformation und Anwendungsvalidierung dieser Ergebnisse. Es wurde bereits eine Pilotproduktionslinie für Hochenergie-Lithium-Metall-Batterien eingerichtet, die erfolgreich bei drei Modellen kleiner rein elektrisch betriebener unbemannter Luftfahrzeuge in meinem Land eingesetzt wurden und die Flugzeit im Vergleich zu bestehenden Batterien um das 2.8-Fache erhöhten.

Berichten zufolge beherrscht das Team derzeit die Kerntechnologien der gesamten Kette von Hochenergie-Lithiumbatterien, nämlich „Materialien-Elektrolyt-Elektrode-Batterie“. Alle Rohstoffe und Schlüsseltechnologien sind unabhängig kontrollierbar, und das Team verfügt über die Fähigkeit zur Massenproduktion mit hoher Konsistenz. Es wird erwartet, dass die vollständige Produktionsaufnahme in der zweiten Hälfte dieses Jahres erfolgt.