Donnerstag, 14 März 2024 09:33

Neue Simulationsmethode zur Lithium-Metall-Batterie

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Mit dem neuen Simulationstool lässt sich aufzeigen, wie sich die Passivierungsschicht an Lithium-Metall-Elektroden in einem Flüssig-Elektrolyten zeitlich entwickelt (Foto: Janika Wagner-Henke, KIT)

Ein vielversprechender Kandidat für zukünftige Energiespeicher ist die Lithium-Metall-Batterie. Im Vergleich zur herkömmlichen Lithium-Ionen-Batterie hat sie eine mehrfach höhere Energiedichte und eine höhere spezifische Kapazität. Eine Einschränkung in der Anwendung war bislang die Reaktionsfreudigkeit der Lithium-Metall-Elektrode mit dem flüssigen Elektrolyten. Dabei bildet sich an der Grenzfläche von Elektrode und Elektrolyt eine feste Passivierungsschicht, die bislang schwer zu kontrollieren und zu stabilisieren war.

„Mit dem neuen Simulationstool lässt sich in molekularer Auflösung zeigen, wie sich die Passivierungsschicht am Lithium-Metall innerhalb der ersten Mikrosekunden nach dem Kontakt mit dem Flüssigelektrolyt ausbildet“, erläutert Janika Wagner-Henke vom Institut für Angewandte Materialien – Elektrochemische Technologien des KIT. Mit dem Tool können molekulare Prozesse verstanden werden, die weder mit herkömmlichen molekulardynamischen Simulationsmethoden noch mit Experimenten zugänglich waren.

Das Verständnis der komplexen Grenzflächenprozesse ermöglicht das wissensbasierte Design der Passivierungsschicht (engl. Solid Electrolyte Interphase, kurz SEI). Eine stabile SEI an Lithium-Metall-Elektroden ist eine wichtige Grundvoraussetzung, um diese im großen Stil nutzbar zu machen. Das vorgestellte Simulationstool schafft eine wichtige Grundlage dafür und ist ein weiterer Schritt hin zu leistungsfähigen und langlebigen Lithium-Metall-Batterien.