Platz 3 beim Neuland Innovationspreis
Stichworte: Innovationspreis; LNMO; LiNi0.5Mn1.5O4; Lithium-Ionen Batterie; Vollzelle
Der „Neuland“ Innovationswettbewerb zeichnet jährlich am KIT entwickelte innovative Technologien und Verfahren aus und hat das Ziel, deren Markteinführung in Kooperationen mit Industriepartnern zu fördern.
Den 3. Platz unter 21 eingereichten Ideen gewannen dieses Jahr Forschende des IAM für die Verbesserung dotierter LiNi0.5Mn1.5O4 (LNMO) Hochvoltspinelle als Kathodenmaterial für die nächste Generation von Li-Ionen Batterien.
Der Gruppe aus Wissenschaftlern aus IAM-ESS sowie IAM-WK gelang es, mit einem leistungsfähigen, cobaltfreien LNMO-Aktivmaterial Batterien herzustellen, die nach 1000 Lade- und Entladezyklen immer noch eine Kapazität von > 90 % bezogen auf die Entladekapazität zu Beginn der Zyklierung aufwiesen. In der Vergangenheit gelang dies nur für wenige hundert Zyklen. Somit wurde erstmals gezeigt, dass LNMO basierte Batterien hohe Anforderungen an Sicherheit, Lebensdauer und Stabilität erfüllen können, wie sie beispielsweise für Mobilitätsanwendungen nötig sind.
Durchbruch bei der Anwendung von LNMO-Hochvoltspinellen in Li-Ionen Batterien
Vorausgegangen waren umfassende Forschungs- und Entwicklungsarbeiten zu dotierten und nicht dotierten LNMO Materialien der Arbeitsgruppe Synthese und keramische Pulvertechnologie. Unter anderem konnte gezeigt werden, wie entscheidende Parameter für die Lebensdauer der Batteriezellen, insbesondere Morphologie, Kationenordnung und Mn(III)-gehalt des Aktivmaterials - gezielt und unabhängig voneinander gesteuert werden können.[Mehr] Ebenfalls gelang erstmals die Berechnung der exakten Zusammensetzung der Spinell-Aktivmaterials und deren Nebenphasen, woraus weitere richtungsweisende Erkenntnisse für die Optimierung von LNMO-Aktivmaterialien abgeleitet werden konnten. [Mehr]
Ein weiterer Entscheidender Beitrag waren Arbeiten zu Zelladditiven am IAM-WK. Der Gruppe Werkstoffe und Prozesse konnte nach vorausgegangenen Arbeiten zu Additiven für LNMO Vollzellsysteme zeigen, dass durch die Zugabe von kristallinem Lithiumphosphat in die Kathodenschichten substantielle Verbesserungen der Zellstabilität erreicht werden können.
Die nun im Rahmen des Ideenpreises ausgezeichneten Ergebnisse der engen Zusammenarbeit beider Institute wurden jüngst in einem Artikel in Advanced Science veröffentlicht.