Die Energiespeicherung in Lithium-Schwefel-Batterien ist potenziell höher als in Lithium-Ionen-Batterien, aber sie werden durch eine kurze Lebensdauer behindert. Forscher der Universität Uppsala in Schweden haben nun die größten Leistungsengpässe identifiziert.
Lithium-Schwefel-Batterien stehen ganz oben auf der Wunschliste für zukünftige Batterien, da sie aus billigeren und umweltfreundlicheren Materialien als Lithium-Ionen-Batterien hergestellt werden. Sie haben auch eine höhere Energiespeicherkapazität und funktionieren gut bei viel niedrigeren Temperaturen. Sie leiden jedoch unter kurzer Lebensdauer und Energieverlust. Ein Artikel, der gerade in der Zeitschrift erschienen ist Chem von einer Forschungsgruppe der Universität Uppsala hat nun die Prozesse identifiziert, die die Leistung der Schwefelelektroden begrenzen, was wiederum den Strom reduziert, der geliefert werden kann. Während der Entlade-/Ladezyklen werden verschiedene Materialien gebildet, die verschiedene Probleme verursachen. Oft verursacht ein lokaler Mangel an Lithium einen Engpass.
„Das Lernen über Probleme ermöglicht es uns, neue Strategien und Materialien zu entwickeln, um die Batterieleistung zu verbessern. Die Identifizierung der tatsächlichen Engpässe ist erforderlich, um die nächsten Schritte zu unternehmen. Das ist eine große Forschungsherausforderung in einem so komplexen System wie Lithium-Schwefel“, sagt Daniel Brandell, Professor für Materialchemie an der Universität Uppsala, der am Ångström Advanced Battery Centre arbeitet.
Die Studie kombinierte verschiedene Strahlungsstreutechniken: Röntgenanalysen wurden in Uppsala, Schweden, durchgeführt, und Neutronenergebnisse kamen von einer großen Forschungseinrichtung, dem Institut Laue Langevin, in Grenoble, Frankreich.
„Die Studie zeigt, wie wichtig es ist, diese Infrastrukturen zu nutzen, um Probleme in der Materialwissenschaft anzugehen“, sagt Professor Adrian Rennie. „Diese Instrumente sind teuer, aber notwendig, um solch komplexe Systeme wie diese Batterien zu verstehen. Viele verschiedene Reaktionen laufen gleichzeitig ab und Materialien werden gebildet und können während des Betriebs schnell wieder verschwinden.“
Die Studie wurde im Rahmen einer Kooperation mit Scania CV AB durchgeführt.
„Elektrische Energie wird für das schwere Lkw-Geschäft benötigt und nicht nur für Privatfahrzeuge. Sie müssen mit den Entwicklungen einer Reihe unterschiedlicher Batterien Schritt halten, die bald sehr relevant werden könnten“, sagt Daniel Brandell.
Yu-Chuan Chien, Matthew J. Lacey, Nina-Juliane Steinke, Daniel Brandell, Adrian R. Rennie (2022) Korrelationen zwischen Fällungsreaktionen und elektrochemischer Leistung von Lithium-Schwefel-Batterien, untersucht durch Operando-StreutechnikenChem, DOI: 10.1016/j.chempr.2022.03.001
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