In einer kürzlich veröffentlichten Studie zeigen Shirley Reis und ihre Kollegen vom SENAI Innovation Institute in Electrochemistry in Curitiba, Brasilien, wie die Leistungsfähigkeit von Lithium-Ionen-Batterien mit hochnickelhaltigen Kathoden mithilfe eines Niob-Granat/Polyethylenoxid-Verbundwerkstoffs als Festelektrolyt erhalten und ihre Sicherheit gegenüber Flüssigkeitselektrolyten verbessert werden kann.
In ihrer Studie untersuchte das Team von Reis die Möglichkeit, keramische und polymere Elektrolyte zu Kompositelektrolyten zu vermischen, die die einzigartigen Vorteile von keramischen Elektrolyte (hohe Ionenleitfähgkeit; Stabilität bei hohen Spannungen) und Polymerelektrolyten (höhere Flexibilität als Keramik) zu vereinen.
Dazu stellte das Team Verbundelektrolyte aus Polyethylenoxid (PEO), LiTFSI und zirkoniumdotierten Niob-Granat-Oxiden (LLNZ) her. Die Zugabe von Keramik senkte den Schmelzpunkt und hemmte die Bildung einer sphärolithischen Kristallisation des Polymers. Die Ionenleitfähigkeiten der Verbundwerkstoffe waren etwas niedriger als die des Polymers, aber immer noch hoch für Verbundelektrolyte dieser Zusammensetzung, etwa 10-4 S/cm. Darüber hinaus zeigten alle hergestellten Verbundstoffe ein breites elektrochemisches Fenster, einige sogar über 5,0 V. Daher wurden elektrochemische Messungen mit NMC811 als Kathode durchgeführt. Die Halbzelle wies eine spezifische Kapazität von 185 mAh/g bei C/20 bei 60 °C und eine Kapazitätserhaltung von 68 % nach 50 Zyklen bei C/5 auf. Die Ergebnisse sind vielversprechend und weisen auf die Möglichkeit hin, dass sich hochnickelhaltige Kathoden in Festkörperbatterien eignen, um deren Energiedichte zu erhöhen. (jr)