Zukunft der Batterie – Die Lithium-Sauerstoff-Batterie

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Zukunft der Batterie – Die Lithium-Sauerstoff-Batterie

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Autor: Dr. Philipp Wunderlich/Maximilian Geilen

Experte: Dr. Philipp Wunderlich (PEM der RWTH Aachen)

Veröffentlicht am: 22.07.2020

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Wie unterscheidet sich der Aufbau zu heutigen Lithium-Ionen-Batterien und was sind die Vorteile?

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Die Li-O2-Batterie (Lithium-Sauerstoff-Batterie) basiert auf der Verwendung von elementarem Lithium statt Graphit als Anode und Sauerstoff statt Lithiummetalloxiden als Kathode. Durch die kontrollierte elektrochemische Reaktion von Li mit O2 lassen sich um ein vielfaches höhere gravimetrische Energiedichten erzielen als in einer Lithium-Ionen-Batterie. Ohne Übergangsmetalle in der Kathode besteht die Möglichkeit günstigere und nachhaltigere Batterien herstellen.
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Welche Herausforderung hemmen die Entwicklung der Li-O2-Batterie?

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Bedingt durch die zellchemischen Eigenschaften von Li, O2 und des Entladungsprodukts Li2O2 (Lithiumperoxid), verfügen die Batterien über eine geringe Wiederaufladbarkeit. Es müssen stabile Elektrolyte, ultraleichte Gasdiffusionselektroden und geschützte Lithiumanoden entwickelt werden, damit die Li-O2-Batterie den Anforderungen für Zyklenzahl, Energiedichte und Lebensdauer standhalten kann.
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Was ist der aktuelle Entwicklungsstand und wann wird die Technik marktreif?

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Die Li-O2-Batterie ist Gegenstand aktueller Grundlagenforschung und Entwicklungen ragen kaum über Prototypen im Labormaßstab hinaus. Die tatsächliche technologische Reife, gemessen an verschiedenen Leistungsmerkmalen, ist schwer abzuschätzen. Eine Markteinführung noch vor Festkörperbatterien auf Basis von Lithiummetall ist unwahrscheinlich.
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Wer sind Entwicklungstreiber?

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PolyPlus: Geschützte Metallanoden und wässrige Li-O2-Batterien

BETTERY SRL: NESSOX (NEw Semi-Solid flow lithium OXygen battery) Technologie

Prof. Linda Nazar, University of Waterloo: Solid-State Li-O2-Zellen

Prof. Doron Aurbach, Bar-Ilan University: Forschung zur solid-electrolyte interphase

 
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Meinung des Experten Dr. Philipp Wunderlich:

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„Bei der Li-O2-Batterie ist noch Luft nach oben. Zunächst muss diese neuartige Zellchemie verstanden und kontrolliert werden und erst dann kann ein Technologiesprung kommen. Hier rechne ich mit keinem überraschenden Durchbruch und gehe davon aus, dass erst andere Technologien wie die All-Solid-State-Batterie (Festkörperbatterie) Etablierung finden. Eine zeitliche Einschätzung zur Marktreife der Technologie ist somit aktuell schwierig zu formulieren.“
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