US-Forscher entwickeln Kathoden auf Eisenchlorid-Basis
Die Revolution des Batteriemarkts wurde bereits häufiger angekündigt, aber selten wurde dieses Versprechen auch eingehalten. Meistens greifen Startups auf Investorensuche zu derartigen Ankündigungen, in diesem Fall ist es aber das Georgia Institute of Technology, das seinem neuen Kathodenmaterial die Revolution des Markts für EV-Batterien und Energiespeicher zutraut.
So ist auch in diesem Fall Skepsis angesagt: Die Forscher haben ihr neues Kathodenmaterial bisher nur im Labor-Maßstab untersucht und geben in der Mitteilung an, dass die Technologie „in weniger als fünf Jahren kommerziell nutzbar“ sein könnte. Vorerst wird das Team von Hailong Chen vom Georgia Institute of Technology das Eisenchlorid in Batterien als auch verwandte Materialien weiter untersuchen.
Doch worum geht es? Chen, außerordentlicher Professor an der George W. Woodruff School of Mechanical Engineering und der School of Materials Science and Engineering, hat mit seinen Mitarbeitern eine nach eigenen Angaben kostengünstige und nachhaltige Lösung für eine Festkörperbatterie entwickelt. Mit einer FeCl3-Kathode, einem Festelektrolyten und einer Lithiummetall-Anode betragen die Kosten ihres gesamten Batteriesystems 30-40 Prozent der Kosten aktueller Lithium-Ionen-Batterien.
„Die Menschen suchen schon seit Langem nach einer kostengünstigeren und nachhaltigeren Alternative zu den bestehenden Kathodenmaterialien. Ich glaube, wir haben eine gefunden“, sagt Chen. „Unsere Kathode kann bahnbrechend sein.“
Bereits seit 2019 hat das Labor versucht, Festkörperbatterien unter Verwendung von chloridbasierten Festelektrolyten mit herkömmlichen kommerziellen oxidbasierten Kathoden herzustellen. In der Mitteilung heißt es wörtlich: „Es lief nicht gut – die Kathoden- und Elektrolytmaterialien vertrugen sich nicht.“ Also wurde im nächsten Versuch eine Kathode auf Chloridbasis mit dem Chlorid-Elektrolyten getestet.
„Wir haben einen Kandidaten (FeCl3) gefunden, der einen Versuch wert ist, da seine Kristallstruktur möglicherweise für die Speicherung und den Transport von Lithium-Ionen geeignet ist, und glücklicherweise hat er wie erwartet funktioniert“, sagt Chen. „Dies könnte Elektrofahrzeuge nicht nur deutlich günstiger machen als Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor, sondern auch eine neue und vielversprechende Form der Energiespeicherung im großen Maßstab bieten und so die Belastbarkeit des Stromnetzes verbessern.“
In ihren ersten Tests zeigte sich, dass FeCl3 genauso gut oder besser funktionierte als die anderen, viel teureren Kathoden auf Oxidbasis, also Nickeloxid, Kobaltoxid und Manganoxid. So hat es beispielsweise eine höhere Betriebsspannung als die häufig verwendete Kathode LiFePO4 (Lithiumeisenphosphat oder LFP).
Das große Aber: Noch handelt es sich wie erwähnt um Forschung im Labor-Maßstab – beim Wechsel von kleinen Knopf- oder Pouchzellen hin zu großformatigen Zellen mit Elektroauto-tauglichem Energiegehalt sind in der Regel noch zahlreiche Herausforderungen zu lösen, um die positiven Eigenschaften eines neuen Batterietyps zu übertragen. „Wir wollen die Materialien im Labor so perfekt wie möglich machen und die zugrundeliegenden Funktionsmechanismen verstehen“, sagt Chen. „Aber wir sind offen für Möglichkeiten, die Technologie zu skalieren und sie in Richtung kommerzieller Anwendungen zu bringen.“
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