Forschungsteam untersucht Einfluss des Elektrolyten in Polymer-basierten Dual-Ionen-Batterien

Eine vielversprechende Ergänzung zur Lithium-Ionen-Batterie (LIB) ist die Dual-Ionen-Batterie (DIB). Zu ihren Vorteilen zählt, dass eine Vielzahl an neuen und nachhaltigen Materialien eingesetzt werden kann. So kann beispielsweise auf teure Metalle wie Nickel oder Kobalt verzichtet werden. Darüber hinaus punktet sie bei Schlüsselparametern wie der Leistungsfähigkeit, die unter anderem die Schnellladefähigkeit der Zellen bestimmt. Noch nicht hinreichend erforscht ist der Einfluss des Elektrolyten auf die Performanz von DIBs. Diesem Thema widmete sich ein Forschungsteam des MEET Batterieforschungszentrums der Universität Münster und des Instituts für Organische und Makromolekulare Chemie der Friedrich-Schiller-Universität Jena in einer aktuellen Studie. Die Wissenschaftler*innen untersuchten den Einfluss verschiedener Elektrolytformulierungen auf Dual-Ionen-Batterien mit Polymer-basierten Kathoden.

Schnellladefähigkeit deutlich verbessert

In ihrer Studie verwendete das Team verschiedene, auf Lithiumsalz-basierende Elektrolytformulierungen, die in laconhaltigen Lösemitteln gelöst wurden. „Die vielversprechendsten Ergebnisse hat Lithium difluoro(oxalato)borat (LiDFOB) erzielt“, sagt MEET Wissenschaftlerin Katharina Rudolf. Die Verbindung lieferte bis zu 90 Prozent ihrer Kapazität bei einer Rate von C-Rate von 50C. Das entspricht einer Lade- und Entladezeit von 1,2 Minuten. „Das übersteigt die Möglichkeiten kommerzieller Lithium-Ionen-Batterien mit Blick auf die Schnellladefähigkeit um ein Vielfaches. Zudem verbessert der Elektrolyt die Zykluslebensdauer der Zellen“, so Rudolf. In puncto Energiedichte und Selbstentladung bleibt die LIB aber nach wie vor deutlich im Vorteil.

Eine wichtige Erkenntnis der Forschenden besteht darüber hinaus darin, dass die ermittelte Performanz der DIB mit den untersuchten Elektrolyten nicht allein mit der ionischen Leitfähigkeit oder der Größe der Anionen korreliert. „Die Funktionsweise des Elektrolyten in der Dual-Ionen-Batterie ist noch komplexer als bisher angenommen“, erläutert Rudolf. Um die Technologie systematisch weiterzuentwickeln, aber auch, um die allgemeine Funktionsweise des Elektrolyten in Energiespeichersystemen noch tiefergehender zu verstehen, ist nun weitere Forschung notwendig.

Gesamte Studie online verfügbar

Die detaillierten Ergebnisse ihrer Studie haben die Forschenden Katharina Rudolf, Linus Voigt, Lars Frankenstein, Justin Landsmann, Dr. Tobias Placke und Dr. Johannes Kasnatscheew, MEET Batterieforschungszentrum, Prof. Dr. Martin Winter, MEET Batterieforschungszentrum und Helmholtz-Institut Münster, sowie Simon Münch und Prof. Dr. Ulrich S. Schubert, Institut für Organische und Makromolekulare Chemie der Friedrich-Schiller-Universität Jena, im Fachmagazin „ChemSusChem” veröffentlicht. Gefördert wird das Vorhaben von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG).