Bessere Lithium-Batterien für Elektrofahrzeuge

Die Einführung von Elektrofahrzeugen (EV) bietet viele Vorteile für die Umwelt, aber sie können keine großen Entfernungen zurücklegen.

Ein EU-finanziertes Projekt hat sich dieser Herausforderung angenommen, indem es billigere und sicherere Lithium-Ionen- (Li-Ion) Batterien mit Energiedichten von etwa 200 Wh/kg entwickelte.

Die Entwicklung von EV für den Verkehrssektor steht auf der Liste der Prioritäten der EU für die wirtschaftliche Erholung im Rahmen der Green Car Initiative. Zu den wichtigen Hürden, die es zu überwinden gilt, gehören eine bessere Haltbarkeit und Sicherheit, sowie die Verringerung von Gewicht, Volumen und Kosten der Batterien.

Herkömmliche Li-Ionen-Zellen haben sich weit verbreitet; aber einige haben auch weiterhin zu geringe Energiedichten, um sich für Transportanwendungen zu eignen, während andere entweder zu teuer sind oder Umwelt- oder Sicherheitsstandards nicht erfüllen. Das EU-geförderte Projekt EUROLIION (High energy density Li-ion cells for traction) hat deshalb neuartige Lithium-Ionen-Batterien entwickelt, die eine hohe Energiedichte, geringe Kosten und eine erhöhte Sicherheit kombinieren.

Die Vorteile wurden durch andere Materialien erreicht. Die neue Zelle hat eine innovative Silizium(Si)-Anode (negative Elektrode), neuartige preiswerte Salze und eine modifizierte Eisen- oder Mangan/Nickel-Kathode (positive Elektrode). Diese Elektrodenmaterialien sind billiger und können höhere Ladungsdichten als die herkömmlichen Elektroden speichern. Darüber hinaus erfordern sie eine höhere Betriebsspannung, um die Zellenergiedichte zu erhöhen.

Die Projektpartner definierten neue Formeln zum Synthetisieren von Nano-Si Material für die negative Elektrode und unterschiedliche Bindemittel und Additive. Sie produzierten Li-Ionen-Zellen mit einer positiven Elektrode, die aus Lithium, Nickel und Mangan besteht. Mit einem neuartigen, gut gereinigten Salz als Elektrolyt, wiesen die Nano-Si-Elektroden eine zufriedenstellende Kapazitätsretention auf. Zusätzliche Lithiumsalze wurden ebenfalls synthetisiert, getestet und weiter gereinigt, da festgestellt wurde, dass einige die positive Elektrode degradieren.

Die Forscher produzierten und testeten 20 zylindrische Zellen mit kommerziellen Lithiumeisenphosphat- (LFP) und Graphitelektroden und 20 Zellen mit LFP und Nano-Si-Elektroden. Diese Tests wurden für die Zellmodellierung durchgeführt, während eine Sicherheitsbeurteilung gemäß dem Testverfahren durchgeführt wurde. Schließlich wurde eine Gesamtfahrzeugsimulation durchgeführt.

EUROLIION hat den Weg zur breiten Nutzung von EV geebnet, indem es Akku-Batterien entwickelt hat, die effizienter, billiger und sicherer sind und aus weithin verfügbaren Rohstoffen bestehen. Dies könnte die Grundlage für eine europäischen Automobil-Batterie-Industrie vo Weltrang liefern und zur Vergrößerung des EV-Markts auf der ganzen Welt beitragen.

Quelle: Europäische Kommission

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