China umarmt die Revolution der Festkörperbatterien der nächsten Generation mit technologischen Durchbrüchen

SHANGHAI – In einem bedeutenden Fortschritt, der die Zukunft von Elektrofahrzeugen neu gestalten könnte, haben chinesische Forscher einen Mechanismus für das Versagen von Festkörper-Lithiumbatterien identifiziert.

Dies geschah, als China sich zu einem weltweit führenden Unternehmen in der Lithiumbatterieindustrie entwickelt hat. Das Land wetteifert nun mit seinen internationalen Konkurrenten, insbesondere mit denen aus Japan und der Republik Korea, um die Batterietechnologien der nächsten Generation zu nutzen.

Festkörperbatterien, die weithin als eine der vielversprechendsten Lösungen im kommenden Jahrzehnt gelten, könnten die Energiespeicherung revolutionieren. Die Überwindung ihrer technischen Hürden bleibt jedoch die größte aktuelle Herausforderung.

URSACHENFINDUNG

Im Gegensatz zu Flüssigelektrolyten, die in herkömmlichen Batterien verwendet werden, haben Festelektrolyte Schwierigkeiten, die Belastungen durch die Lithiumausdehnung und -kontraktion während der Ladezyklen zu absorbieren.

Diese Belastungen können Risse oder die Bildung von Dendriten verursachen – winzige, nadelförmige Strukturen, die Kurzschlüsse auslösen können – und stellen somit große Herausforderungen für die Industrialisierung der Technologie dar.

In ihrer neuen Studie fanden die Forscher der Tongji-Universität und der Huazhong University of Science and Technology heraus, dass das Versagen von Festkörperbatterien eng mit der Zyklusermüdung der Lithiummetallanode zusammenhängt.

Sie beobachteten auch, dass diese Ermüdung gut definierten mechanischen Prinzipien folgt, wie z. B. dem wiederholten Biegen einer Büroklammer, die sie schwächt, bis sie schließlich bricht.

Diese am Freitag in der Zeitschrift Science veröffentlichte Entdeckung liefert einen quantitativen Rahmen zur Vorhersage von Batterielebenszyklen und eröffnet neue Wege für die Entwicklung langlebigerer Energiespeichersysteme.

"Die Arbeit erkennt die Bedeutung der Ermüdung für die Leistung von Lithiummetallanoden in Festkörperbatterien an", bemerkten Jagjit Nanda und Sergiy Kalnaus, zwei US-amerikanische Batteriewissenschaftler, in einer Perspektive auf die Forschung.

BATTERIE-REVOLUTION

Diese Forschung unterstreicht Chinas anhaltende F&E-Investitionen in die Elektrochemie in den letzten Jahren. Diese Durchbrüche befeuern nun Chinas industriellen Vorsprung und bereiten die Bühne für das Land, seinen Erfolg in der kommenden Revolution in der Batterietechnologie zu wiederholen.

Festkörperbatterien, die Festelektrolyte anstelle von Flüssigelektrolyten verwenden, erreichen eine viel höhere Energiedichte (bis zu 500 Wh/kg) als herkömmliche flüssige Lithium-Ionen-Batterien (200-300 Wh/kg). Dies liefert mehr Energie im gleichen Volumen und reduziert die Batteriegröße.

Sie zeichnen sich auch durch eine bessere thermische Stabilität, Nichtbrennbarkeit und kein Risiko von Flüssigkeitsaustritt aus, wodurch das Risiko von Selbstentzündung und Explosion erheblich verringert wird.

Ouyang Minggao, ein Experte für neue Energieversorgungssysteme und Professor an der Tsinghua-Universität, prognostizierte, dass das Erreichen einer Energiedichte von 500 Wh/kg von entscheidenden Fortschritten in der Materialwissenschaft abhängen wird, wobei 2027 ein entscheidendes Jahr für bahnbrechende Innovationen sein wird.

Die chinesischen Batterie-Giganten CATL und BYD haben 2027 als Ziel für die Kleinserienproduktion von Festkörperbatterien festgelegt.

Wissenschaftliche Teams intensivieren ihre Zusammenarbeit mit Batterieunternehmen an vorderster Front, um die Kommerzialisierung von Technologien zu beschleunigen.

Das Shenzhen Institute of Advanced Technology unter der Chinesischen Akademie der Wissenschaften hat eine Kooperationsvereinbarung mit BYD unterzeichnet, die sich auf Spitzentechnologien wie Festkörperbatterien konzentriert.

Sun Huajun, CTO der Batteriedivision von BYD, prognostizierte, dass Festkörperbatterien um 2030 eine groß angelegte Anwendung erreichen werden.

Chinas Vorsprung bei der Massenproduktion von Festkörperbatterien liegt in seinen riesigen Industrie- und Marktgrößen.

"Mit der vollständigsten Industriekette, dem größten Markt und den meisten Forschern sind wir sehr zuversichtlich in Chinas Ansatz und Fahrplan für diese Technologie", sagte Zu Sijie, Vizepräsident von SAIC Motor.