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Jul 11, 2023

Neuer Oxychlorid-Feststoff

Ein Forschungsteam der University of Science and Technology of China (USTC) hat einen neuen Typ eines Festkörperelektrolyten namens Lithiumzirkoniumoxychlorid (LZCO) entwickelt. Dieser Elektrolyt bietet

Ein Forschungsteam der University of Science and Technology of China (USTC) hat einen neuen Typ eines Festkörperelektrolyten namens Lithiumzirkoniumoxychlorid (LZCO) entwickelt. Dieser Elektrolyt bietet eine gute Leistung und ist kostengünstig, was ihn zu einer vielversprechenden Option für Festkörper-Lithiumbatterien (ASSLBs) macht.

ASSLBs haben als sicherere Alternative zu herkömmlichen Lithium-Ionen-Batterien an Aufmerksamkeit gewonnen und haben das Potenzial für eine höhere Energiedichte. Die Entwicklung leistungsstarker Festkörperelektrolyte für ASSLBs wurde jedoch durch ihre hohen Kosten begrenzt.

Die Forscher gingen dieses Problem an, indem sie LZCO aus erschwinglichen Verbindungen wie Lithiumhydroxid-Monohydrat, Lithiumchlorid und Zirkoniumchlorid synthetisierten. Infolgedessen betragen die Kosten für LZCO nur 11,60 US-Dollar pro Kilogramm, was deutlich unter der Schwelle von 50 US-Dollar pro Kilogramm für die Kommerzialisierung liegt. Außerdem ist es deutlich günstiger als andere Hochleistungs-Festkörperelektrolyte, die über 190 US-Dollar pro Kilogramm kosten können.

Trotz seiner geringen Kosten liefert LZCO eine beeindruckende Leistung. Es weist bei Raumtemperatur eine Ionenleitfähigkeit von bis zu 2,42 mS cm^-1 auf, was eine der höchsten aller gemeldeten Festkörperelektrolytmaterialien ist. Darüber hinaus verfügt LZCO über eine hervorragende Kompressibilität und erreicht unter einem Druck von 300 MPa eine Dichte von 94,2 %. Diese Kompressibilität übertrifft die von Sulfid- und Chlorid-Festkörperelektrolyten, die bei gleichem Druck typischerweise Dichten unter 90 % aufweisen.

Experimentelle Ergebnisse zeigen, dass LZCO eine vergleichbare Leistung wie fortschrittliche Sulfid- und Chlorid-Festkörperelektrolyte erbringt. In Kombination mit einer nickelreichen Schichtkathode zeigt ein ASSLB mit LZCO eine außergewöhnliche Leistung und behält die Stabilität über 2.000 Zyklen unter 12-minütigen Schnellladebedingungen bei Raumtemperatur bei.

Die Entwicklung dieses neuen Festkörperelektrolyten stellt einen bedeutenden Durchbruch in Bezug auf Leistung und Kosteneffizienz dar und bringt die Kommerzialisierung von ASSLBs der Realität näher.

Quelle: Lv Hu et al., „Ein kostengünstiger, ionisch leitfähiger und komprimierbarer Oxychlorid-Festkörperelektrolyt für stabile Festkörperbatterien auf Lithiumbasis“, Nature Communications (2023). DOI: 10.1038/s41467-023-39522-1