Die Entwicklungsgeschichte der Lithiumbatterien

Einleitung: Die Lithium-Ionen-Technologie hat die Art und Weise verändert, wie wir kommunizieren und tragbare Geräte mit Strom versorgen, und treibt derzeit eine Revolution im weltweiten Transportwesen und in der Energieversorgung voran. Ein neuer Aufsatz von Arumugam Manthiram von der University of Texas in Austin untersucht die Entwicklung der Technologie, von den ersten Entdeckungen in den 1970er Jahren bis zu den Überlegungen von Forschern, die an „zukünftigen Batterien"Heute.

Seit Wissenschaftler den ersten wiederaufladbaren Lithium-Ionen-Akku 1976 hat die Technologie ihr weltveränderndes Potenzial in der Elektronikindustrie unter Beweis gestellt. Doch auch wenn Anwendungen in Elektrofahrzeugen und stationärer Energiespeicherung ein massives Wachstum verzeichnen, müssen technische Probleme überwunden werden und Wissenschaftler auf der ganzen Welt arbeiten daran, neue Materialien zu integrieren und Fortschritte zu erzielen. Batterie Die Leistung basiert immer noch auf Konzepten, die Wissenschaftler vor fast einem halben Jahrhundert beschrieben haben.

Manthiram sagte: „Wenn wir Lithium-Ionen-Batterien Bei der Skalierung werden Kosten und Nachhaltigkeit entscheidend. Um mit der Entwicklung tragbarer Elektronik Schritt zu halten und die Reichweite von Elektrofahrzeugen zu erhöhen, besteht außerdem der Wunsch, die Energiedichte über das derzeitige Niveau hinaus zu erhöhen.“

Weitere Arbeiten von Goodenoughs Gruppe in den 1980er Jahren unter der Leitung des Gastforschers Koichi Mizushima zeigten zum ersten Mal eine Lithiumbatterie mit einer Kohlenstoffanode und einer Lithiumkobaltoxidkathode. Dies ist das erste Mal, dass die Technologie Sicherheitsprobleme und Probleme mit der Energiedichte überwunden hat und zur Kommerzialisierung bereit ist.

Doch diese Bedenken stehen weiterhin im Mittelpunkt der Forschung zu Lithium-Ionen-Technologie da die Nachfrage der Gesellschaft nach Batterien weiter steigt. „Wir müssen die Energiedichte erhöhen, indem wir die Ladungsspeicherkapazität der Kathode und Anode erhöhen, die Betriebsspannung der Kathode erhöhen oder im Idealfall die Ladungsspeicherkapazität und die Betriebsspannung gleichzeitig erhöhen“, sagte Manthiram. Um diese Ziele zu erreichen, müssen neue oder gute Elektrodenmaterialien und Elektrolyte entwickelt werden. Neue Synthese- und Verarbeitungsmethoden sowie Computermodellierung können bei diesen Aufgaben helfen.“ Kurzfristig, so Manthiram, erwarte er, dass sich die Forschung auf geschichtete Oxidkathoden mit mehr Nickel und weniger oder keinem Kobalt sowie auf die Zugabe von Silizium zu Graphitanoden zur Erhöhung der Energiedichte konzentrieren werde.

In der Zukunft wird es eine Fülle von Technologien geben, die endlich ihren Nutzen beweisen werden. “Lithium-Ionen-Batterien werden ihre Führungsposition in der Energiespeicherung, insbesondere bei der Elektrifizierung des Verkehrssektors, beibehalten“,