Schnellladen in 15 Minuten: Neue E-Auto-Batterie erreicht 1.747,6 W/kg

Lithium-Metall-Batterien gelten als vielversprechend, weil sie deutlich mehr Energie speichern und auch unter härteren Bedingungen arbeiten können als herkömmliche Lithium-Ionen-Batterien, die den Großteil moderner Elektronik antreiben. Ihr volles kommerzielles Potenzial wird bislang jedoch durch den langsamen und ineffizienten Transport von Elektronen und Ionen an der Grenzfläche zwischen den strukturellen Bestandteilen der Batterie und ihrem Elektrolyten ausgebremst – ein Vorgang, der als Ladungsübertragung bezeichnet wird. Verläuft diese Übertragung zu träge, löst sie unerwünschte chemische Reaktionen aus, bei denen Dendriten entstehen – gefährliche, nadelartige metallische Ablagerungen, die die Batterieleistung beeinträchtigen und beim ultraschnellen Laden sogar plötzliche Brände oder Explosionen verursachen können.

Um diese zentrale Einschränkung zu überwinden, hat ein Forschungsteam, das überwiegend von der University of Science and Technology of China stammt, den Elektrolyten der Batterie auf molekularer Ebene neu gestaltet. Wie im Fachjournal Nature Energy beschrieben, fanden die Forschenden einen Weg, die Ladungsübertragung zu beschleunigen, indem sie die Lösungsmittelmoleküle der Flüssigkeit neu anordneten.

Statt einer herkömmlichen Struktur ordneten die Forschenden die Moleküle so an, dass flache, hochgradig organisierte Leitbahnen entstehen, die sie als planar ausgerichtete Elektronenkanäle bezeichnen. Dieses besondere Strukturdesign schafft eine deutlich stärkere und effizientere Bindung zwischen den bewegten Elektronen und den Lithium-Ionen. Durch diese optimierte Verbindung beschleunigen die neu entwickelten Kanäle die zugrunde liegenden chemischen Reaktionen erheblich und beseitigen die trägen Bedingungen, unter denen sich gefährliche Dendriten bilden.

Als das Team seinen entwickelten Elektrolyten in realen Lithium-Metall-Batteriezellen im industriellen Maßstab testete, fielen die Ergebnisse äußerst erfolgreich aus. Dank der flachen Elektronenkanäle erreichten die Batterien stabil und sicher in nur 15 Minuten eine Vollladung bei einer Ladeleistungsdichte von 1.747,6 W/kg.

Die Forschung liefert damit eine belastbare Blaupause, um die extremen elektrochemischen Hürden zu überwinden, die Batterien der nächsten Generation mit hoher Kapazität derzeit noch vom Massenmarkt fernhalten. Sollte die Technologie kommerzialisiert werden, könnten E-Autos mit größerer Reichweite und kürzeren Ladezeiten Realität werden.