US-Forscher entwickeln Polymerbeschichtung für langlebigere Batterien

Wissenschaftler des Lawrence Berkeley National Laboratory des US-Energieministeriums haben eine leitfähige Polymerbeschichtung entwickelt, die langlebigere und leistungsfähigere Lithium-Ionen-Batterien für Elektrofahrzeuge ermöglichen könnte.

Wie das Labor in einer Mitteilung erklärt, leitet die Beschichtung mit der Bezeichnung HOS-PFM gleichzeitig sowohl Elektronen als auch Ionen. Dies gewährleiste Batteriestabilität und hohe Lade-/Entladeraten bei gleichzeitiger Verlängerung der Batterielebensdauer.

„Der Fortschritt eröffnet einen neuen Ansatz zur Entwicklung von EV-Batterien, die erschwinglicher und einfacher herzustellen sind“, sagt Gao Liu, ein leitender Wissenschaftler im Bereich Energy Technologies des Berkeley Labs, der die Entwicklung des Materials leitete. Die Beschichtung sei auch als Batterie-Bindemittel vielversprechend, der die Lebensdauer einer Lithium-Ionen-Batterie von durchschnittlich 10 Jahren auf etwa 15 Jahre verlängern könnte.

HOS-PFM besteht laut der Mitteilung aus einem ungiftigen Polymer, das sich als Reaktion auf Wärme auf atomarer Ebene umwandelt. Beim Erhitzen auf etwa 450 Grad Celsius schmelzen demnach die Alkyl-Endketten weg, wodurch freie „klebrige“ Stellen entstehen, die auf atomarer Ebene an Silizium- oder Aluminiummaterialien „greifen“. Die Polymerketten von PFM bauen sich dann selbst zu Spaghetti-ähnlichen Strängen zusammen, die als „hierarchisch geordnete Strukturen“ oder HOS bezeichnet werden. „Wie auf einer atomaren Schnellstraße ermöglichen die HOS-PFM-Stränge Lithium-Ionen, mit Elektronen mitzufahren. Diese Lithiumionen und Elektronen bewegen sich synchron entlang der ausgerichteten leitfähigen Polymerketten“, wird das Prinzip in der Mitteilung erklärt.

Die HOS-PFM-Beschichtung könnte die Verwendung von Elektroden ermöglichen, die bis zu 80 Prozent Silizium enthalten. Ein solch hoher Siliziumgehalt könnte die Energiedichte von Lithium-Ionen-Batterien um mindestens 30 Prozent erhöhen, sagte Liu. Und weil Silizium billiger sei als Graphit, könnten die Batterien auch günstiger werden.

Als nächstes planen die Wissenschaftler, mit Unternehmen zusammenzuarbeiten, um HOS-PFM für die Massenfertigung zu skalieren.
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