REM-Aufnahme von Pulverpartikel des Kathodenpulvers. Das Material verfügt über eine deutlich größere Speicherkapazität als heutige Kathodenmaterialien.

REM-Aufnahme von Pulverpartikel des Kathodenpulvers. Das Material verfügt über eine deutlich größere Speicherkapazität als heutige Kathodenmaterialien. (Bild: ZSW/ECM)

Das Lithium-Nickel-Manganoxid hat nach Angaben des ZSW weitere Vorteile: So verzichtet es auf das teure und seltene Kobalt und nutzt weniger Nickel. Darüber hinaus sei es einfach zu produzieren, so die Wissenschaftler. Die Entwicklung einer günstigen und sicheren Hochenergiebatterie, mit denen Elektroautos länger fahren können, rücke damit in Reichweite. Das Material mit der Formel Li1+xMn1.5Ni0.5O4 besitzt mit mehr als 210 Milliamperestunden pro Gramm (mAh/g) eine deutlich größere Speicherkapazität als heute verwendete oder in Entwicklung befindliche Kathodenmaterialien, so die Experten des ZSW. Da die Entladespannung zum Großteil bei über 4,5 Volt (V) liege, sei auch eine bis zu 40 Prozent höhere Energiedichte der gesamten Batterie möglich. Batterien mit einer derart verbesserten Energiedichte verlängern die Reichweite von Elektrofahrzeugen signifikant, heißt es dazu weiter. Li1+xMn1.5Ni0.5O4 bietet laut ZSW noch weitere Vorteile: So sei die thermische Stabilität im geladenen Zustand deutlich besser als bei den gängigen Kathodenmaterialien, was zu einer höheren Sicherheit der Zellen führe.

Das Manganoxid lässt sich laut ZSW einfach über bekannte Verfahren herstellen. Erste Muster im Kilogrammmaßstab mit hoher Qualität haben die Forscher am ZSW bereits produziert. Das Pulver enthält sphärische Partikel mit einer hohen Klopfdichte von 2,4 Gramm pro Kubikzentimeter (g/cm³). Die Partikel sind ähnlich groß wie die heute verwendeter Kathodenmaterialien und können daher gut in kommerziellen Elektrodenbeschichtungsprozessen eingesetzt werden. „Unser lithiiertes, cobaltfreies Lithium-Nickel-Manganoxid ist ein vielversprechendes neues Material für Elektrofahrzeugbatterien“, sagt Frau Dr. Margret Wohlfahrt-Mehrens, Leiterin des ZSW-Fachgebiets Materialforschung Akkumulatoren, „die Kapazität und Energiedichte sind höher, die Kosten geringer und die Produktion auf industrielle Größen hochskalierbar.“ Für die künftige Material- und Zellfertigung sucht das ZSW jetzt Entwicklungspartner.

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