Obwohl der Übergang zu erneuerbaren Energien eine hohe Priorität hat, müssen auch Energiespeichergeräte entwickelt werden, um niedrige Produktionszyklen zu überbrücken. Lithium-Ionen-Batterien sind derzeit unsere beste Wahl, können aber keinen sehr hohen Energiebedarf decken. Forscheran der University of California, San Diego, könnte in Zusammenarbeit mit LG Energy Solutions unseren Bedarf an energiedichten Batterien durch die Entwicklung eines gelöst haben.Festkörperbatterie mit Siliziumanode.
Lithium-Ionen-Batterien verwenden Graphit, der mit Kupferfolie beschichtet ist, als Anode oder negative Elektrode. Dieses System funktioniert zwar gut, zukünftige Anwendungen wie elektrisch angetriebener Flug und Energiespeicher für Netze erfordern Batterien mit hoher Energiedichte. Wissenschaftler auf der ganzen Welt arbeiten daran, dieses Problem zu lösen, und allgegenwärtiges Silizium ist eine mögliche Antwort.
Theoretisch kann Silizium als Anode in einer Lithium-Ionen-Batterie das 10-fache der Energiekapazität liefern, die Graphit derzeit bietet. Wissenschaftler wissen das seit Jahrzehnten und haben versucht, Silizium in Batterien zu verwenden, nur um zu sehen, dass es ihnen schlecht geht. Silizium reagiert mitden flüssigen Elektrolyten in den Batterien und dehnt sich bei Lade- und Entladezyklen sogar aus und zieht sich sogar zusammen, was auf Dauer zu Kapazitätsverlusten führt und den Vorteil, den Silizium von vornherein bot, wegnimmt.
Um dies zu beheben, hat das Forschungsteam unter der Leitung von Professor Shirley Meng von der UC San Diego, ersetzte den flüssigen Elektrolyten durch einen Festelektrolyten auf Sulfidbasis. Darüber hinaus entfernten sie auch Kohlenstoff- und Polymerbindemittel, die frühere Forscher bei Siliziumanoden verwendet haben, wodurch unerwünschte Reaktionen zwischen der Anode und derder Elektrolyt, was auch früher zu einem Kapazitätsverlust führte.
Die Forschungsergebnisse werden in der Zeitschrift vom 24. September veröffentlichtWissenschaft.
"Der Festkörper-Silizium-Ansatz überwindet viele Einschränkungen bei herkömmlichen Batterien", sagte Darren HS Tan, der Erstautor des PapiersBatterien speziell für die Energiespeicherung im Netz", ist Tan auch CEO des Startups UNIGRID Battery, das die Technologie für Festkörper-Siliziumbatterien lizenzieren wird. LG Energy Solutions, ein Forschungspartner, plant die Massenproduktion von Festkörperbatterien bis 2027.