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Kürzlich haben chinesische Forscher die Energiedichte- und Leistungsengpässe herkömmlicher Lithium-Ionen-Batterien durchbrochen und Soft-Pack-Zellen mit einer Energiedichte von über 600 watt-hours/kg sowie Modulbatterien mit einer Kapazität von 480 watt-hours/kg entwickelt. Diese Leistungsindikatoren verbessern die Energiedichte und die Batterielebensdauer bestehender Lithium-Ionen-Batterien direkt um das 2-3-fache.

Mit der rasanten Entwicklung aufstrebender Bereiche wie elektrischer Mobilität, Low-Altitude-Economy, Unterhaltungselektronik und humanoider Roboter wird die Nachfrage nach wiederaufladbaren Batterien mit hoher Energie und langer Lebensdauer immer dringlicher. Die Energiedichte ist eine zentrale Batteriekennzahl, und wie mehr Energie bei gleichzeitiger Reduzierung von Gewicht und Größe gespeichert werden kann, ist eine technische Herausforderung, die Forscher auf der ganzen Welt zu überwinden versuchen.

Lithiummetallbatterien mit ihrer deutlich höheren theoretischen Energiedichte als herkömmliche Lithium-Ionen-Batterien gelten als Batterietechnologie der nächsten Generation, die die Leistungsengpässe und die Batterielebensdauer bestehender Batterien lösen kann. Aktuelle Elektrolytdesigns haben jedoch Schwierigkeiten, gleichzeitig die Anforderungen an eine verbesserte Energieabgabe der Batterie und die Zyklenlebensdauer zu erfüllen.

Nach Jahren innovativer Forschung und technischer Durchbrüche hat ein Forschungsteam der Universität Tianjin gemeinsam mit seinen Partnern ein „delokalisiertes“ Designkonzept für Elektrolyte von Hochenergie-Lithiummetallbatterien entwickelt. Dieses Konzept durchbricht die Abhängigkeit traditioneller Elektrolytdesigns von einer dominanten Solvatationsstruktur und erreicht sowohl eine verbesserte Energiedichte als auch eine bessere Gesamtleistung. Die Forschungsergebnisse wurden am August 13 in der internationalen Fachzeitschrift Nature veröffentlicht.

Hu Wenbin, Professor an der Fakultät für Materialwissenschaft und Werkstofftechnik der Universität Tianjin und Leiter des Teams, erklärte, dass das Forschungsteam durch diese Innovation die Leistungsziele der Hochenergiedichte-Batterie „Battery600“ erreicht und erfolgreich die Skalierbarkeit des Hochenergiedichte-Batteriepacks „Pack480“ verwirklicht habe, wodurch eine wichtige Grundlage für die zukünftige Anwendung von Lithiummetallbatterien geschaffen wurde. Darüber hinaus weist die Technologie auch eine ausgezeichnete Zyklenstabilität und Sicherheit auf.

Derzeit treibt das Team unter Nutzung nationaler Plattformen wie der Nationalen Innovationsplattform der Universität Tianjin für die Integration von Industrie und Bildung im Bereich Energiespeichertechnologie sowie des Nationalen Schlüssellabors für funktionale Edelmetallmaterialien aktiv die technische Umsetzung und Anwendungsvalidierung dieser Ergebnisse voran. Bereits wurde eine Pilotproduktionslinie für Hochenergie-Lithiummetallbatterien eingerichtet, die erfolgreich in drei Modellen vollelektrischer unbemannter Miniatur-Luftfahrzeuge in meinem Land eingesetzt wurden und die Flugzeit im Vergleich zu bestehenden Batterien um das 2.8-fache erhöhten.

Berichten zufolge beherrscht das Team derzeit die Kerntechnologien der gesamten Kette von Hochenergie-Lithiumbatterien, nämlich „Materialien-Elektrolyt-Elektrode-Batterie“. Alle Rohstoffe und Schlüsseltechnologien sind unabhängig kontrollierbar, und das Team verfügt über die Fähigkeit zur Massenproduktion mit hoher Konsistenz. Es wird erwartet, dass die vollständige Produktionsaufnahme in der zweiten Hälfte dieses Jahres erfolgt.