Sein oder Nichtsein – Über Klimawandel und Elektrifizierung (II)

2026-10-16 | Jerry Huang

V. Dekarbonisierung oder Nicht-Dekarbonisierung?

Vor einigen Jahren war die Dekarbonisierung das beherrschende Thema. Jeder Gipfel legte ein Datum für Klimaneutralität fest; jede Großmacht ernannte einen Nachhaltigkeitsbeauftragten; jedes Energieversorgungsunternehmen veröffentlichte einen entsprechenden Plan. Die Dekarbonisierungsinitiative hat sich seither verändert. Nicht umgekehrt – aber leiser geworden.

Die Abkühlung zeigt sich vor allem in den Ausgaben. Laut einer Wertpapieranalyse haben die sieben größten internationalen Ölkonzerne ihre Investitionen in CO₂-arme Technologien bis 2025 auf rund 8,3 Milliarden US-Dollar gekürzt – den niedrigsten Wert seit 2019 und einen deutlichen Rückgang gegenüber den rund 24 Milliarden US-Dollar im Vorjahr. Erstmals sanken die Ausgaben für CO₂-arme Technologien, während die Investitionen in Kohlenwasserstoffe stiegen. BP hat seine Sparte für CO₂-arme Energien aufgelöst und die Ausgaben für den Übergang auf 1,5 bis 2 Milliarden US-Dollar jährlich reduziert; Shell hat sich aus der Offshore-Windenergie zurückgezogen. Die Steuervergünstigungen für den Kauf von Elektrofahrzeugen in den USA wurden abgeschafft, und die Europäische Union hat ihren Ausstieg aus Verbrennungsmotoren bis 2035 abgeschwächt. Benchmark Mineral Intelligence prognostiziert für 2026 ein weltweites Wachstum der Elektrofahrzeugverkäufe von rund 13 Prozent – das langsamste seit 2020. Einige politische Bewegungen setzen sich nun offen für die Abschaffung der Netto-Null-Ziele ein. Die Klimapolitik gilt weithin als stagnierend, und grüne Handelsbarrieren nehmen anstelle von Kooperation zu.

Die physikalischen Gegebenheiten haben sich derweil nicht beruhigt. Laut dem Statistical Review of World Energy 2026 wuchsen die erneuerbaren Energien 2025 um fast 10 % – trugen aber nur etwa 3,2 Exajoule bei, während Öl, Gas und Kohle zusammen rund 4,9 EJ beisteuerten, mehr als die Hälfte des Anstiegs der globalen Gesamtenergieversorgung um 8,1 EJ. Fossile Brennstoffe deckten weiterhin etwa 86 % des Bedarfs. Der Zubau neuer Kohlekraftwerkskapazitäten stieg um 3,5 % und erreichte damit einen der höchsten Werte seit Beginn der Aufzeichnungen. Und ein Faktor, den 2015 kein Verhandlungsführer vorhergesehen hatte, ist eingetreten: Künstliche Intelligenz. Gartner prognostiziert für 2026 einen weltweiten Strombedarf von 565 TWh für Rechenzentren, ein Plus von 26 %, wobei die Leistungsaufnahme von 104 GW auf 132 GW und bis 2030 auf 290 GW steigen soll. In den Vereinigten Staaten hat sich die im Bau befindliche Gaskraftwerkskapazität für Rechenzentren innerhalb von sechs Monaten nahezu verdoppelt und erreichte 378 GW. Die EIA geht davon aus, dass der Stromverbrauch in den USA in den Jahren 2026 und 2027 erneut Rekordwerte erreichen wird.

Die Welt befindet sich also in einer unangenehmen Asymmetrie: Die Rhetorik ist verstummt, während der damit verbundene Bedarf gestiegen ist. Die einfache und kostengünstige Dekarbonisierung ist weitgehend abgeschlossen. Was bleibt – industrielle Wärme, Netzstabilität, Langzeitspeicherung, der unscheinbare Rest – ist genau der Teil, der keinen Beifall mehr erntet und der über den Erfolg entscheidet.

Sollen die Reduzierungen des Kohlendioxids nun fortgesetzt werden, da der Trend, sie anzukündigen, nachgelassen hat? Soll die Energiewende zügig vorangetrieben, verlangsamt, soweit es die Bilanzen zulassen, oder pausiert werden, bis die nächste Krise sie wieder dringlich macht?

VI. Sich weiterentwickeln oder nicht?

Die vorherigen Fragen betrafen die Infrastruktur. Diese Frage dreht sich um Anpassung – und in der Biologie wird Anpassung nicht als Wahlmöglichkeit angeboten.

Für Unternehmen ist Evolution selten eine moralische Entscheidung. Sie ist ein Überlebensreflex, der in Bilanzen oft falsch eingeschätzt wird. Lohnt es sich, in sauberere Energie zu investieren und sie in den nächsten Jahrzehnten für Kunden profitabel zu machen? Diese Frage ist schwer zu beantworten, da die Situationen regional unterschiedlich sind. In China wachsen Wind- und Solarenergieanlagen und die damit verbundenen Investitionen weiterhin. Die kombinierte Stromerzeugung aus Wind und Solarenergie wird (von nahezu null im Jahr 1990) im Jahr 2025 22 % der gesamten Stromerzeugung ausmachen – und übertrifft damit die Wasserkraft. Im Automobilmarkt erreichte der Anteil von Elektrofahrzeugen (einschließlich batterieelektrischer Fahrzeuge, Plug-in-Hybride und Elektroautos) im Juli 2026 60,4 % – ein monatlicher Absatz von über 50 % in der Geschichte. Im September lag er laut Daten des chinesischen Pkw-Verbandes (CPCA) bei 67 %. Elon Musk, CEO von Tesla, kommentierte diese Entwicklung mit den Worten: „Chinas Abhängigkeit vom Öl sinkt rapide.“ Viele Kunden sind neugierig auf neue Elektrofahrzeuge, da diese oft attraktiver, intelligenter und erschwinglicher sind und eine schnellere Beschleunigung bieten. Während andere Kunden Benzinautos für deutlich robuster, langlebiger und luxuriöser halten, lässt sich darauf keine einfache Antwort geben. In manchen Regionen gewinnen Elektrofahrzeuge immer mehr an Beliebtheit, während in den meisten Märkten Verbrennungsmotoren nach wie vor bevorzugt werden.

Für Einzelpersonen besteht die Versuchung, dies als moralische Prüfung zu betrachten. Es liest sich jedoch besser als eine Reihe unspektakulärer Entscheidungen: das nächste Auto, die nächste Heizung, ein neues Dach über dem Kopf, die Altersvorsorge und vor allem der Beruf, den man erlernt hat. Ein Ingenieur mit zwanzig Jahren Erfahrung im Bereich Verbrennungsmotoren ist kein Hindernis für den Energiewandel – im Gegenteil, umgeschult, verkörpert er den Wandel. Die ehrliche Grenze ist ebenso wichtig. Persönliche Entscheidungen können nicht die Netze, Standards und Preise ersetzen; ein Bürger, der gewissenhaft recycelt, während die nationalen Emissionen steigen, kann kaum etwas bewirken, und man sollte ihm nicht zumuten, die Last eines Systems zu tragen.

Sich weiterentwickeln oder nicht, und wie? Sollten wir unsere Energieversorgung und Industrie im Sinne eines besseren Klimas weiterentwickeln oder uns selbst weiterentwickeln, um uns an den Klimawandel anzupassen?

VII. Einbeziehen oder nicht einbeziehen?

Jede Lösung hinterlässt Rückstände. Der Übergang zu sauberer Energie wird durch Batterien angetrieben, und Batterien sind chemische Objekte mit chemischen Folgen.

Die Materialliste ist besorgniserregend. Kathoden enthalten Nickel, Kobalt und Mangan – Übergangsmetalle, deren Abbau und Verhüttung nachweislich Auswirkungen auf Wasser und Boden haben. Im Jahr 2022 wurde eine Thallium-Überschreitung im Jinjiang-Flussbecken nahe Yichun in China auf Aktivitäten der Lithium-Lieferkette zurückgeführt. Die Solegewinnung in der Atacama-Wüste – Chile und Argentinien liefern zusammen etwa ein Viertel des weltweiten Lithiums – kann bis zu zwei Millionen Liter Wasser pro Kilogramm Lithium verbrauchen, und das in einigen der trockensten Regionen der Erde.

Dann ist da noch das Fluor. Die meisten Zellen binden ihre Kathode mit PVDF oder PTFE, Fluorpolymeren am Rande der PFAS-Familie, und das dominierende Elektrolytsalz LiPF₆ hydrolysiert bei Kontakt mit Feuchtigkeit zu Fluorwasserstoffsäure. Die Emissionen während der Herstellung sind gering. Das Problem entsteht am Ende der Lebensdauer, wenn die thermische Behandlung dieses Bindemittels fluorierte Abbauprodukte in die Abgase freisetzt. PFAS sind persistent; sie kennen keine Grenzen und bauen sich in einem für den Menschen erfassbaren Zeitraum nicht ab.

Das Recycling verbessert sich – ausgehend von einem niedrigen Niveau angesichts eines explosionsartigen Anstiegs. Die Europäische Kommission rechnet mit einem etwa vierzehnfachen Anstieg der weltweiten Batterienachfrage. Die EU-Verordnung 2023/1542 setzt ehrgeizige Ziele: 70 % Recyclingquote für Lithium-basierte Batterien bis 2030, Steigerung der Lithium-Rückgewinnung von 50 % im Jahr 2027 auf 80 % im Jahr 2031, 90–95 % für Kobalt, Kupfer, Blei und Nickel sowie ein Batteriepass ab 2027. Im September 2026 erklärte die Kommission diese Ziele für zielführend. Ziele entsprechen jedoch nicht den tatsächlichen Mengen. Die Sammelnetze sind unvollständig, die Wirtschaftlichkeit des Recyclings schwankt mit den Lithiumpreisen, und die Durchsetzung der Vorschriften außerhalb der EU ist weiterhin lückenhaft.

Die Natriumionenchemie bietet einen Teilausweg – kein Kobalt, kein Nickel – während die Forschung an zellulose-, lignin- und fluorfreien Bindemitteln zwar ernsthaft, aber noch in einem frühen Stadium ist.

Also: Einbeziehen oder nicht einbeziehen? Die Folgen sind dokumentiert. Ebenso die Alternative.

VIII. Menschlich sein oder nicht?

Wird neue Technologie so entwickelt, dass sie dem gesamten Ökosystem guttut oder schadet? Jeder weiß, dass Technologie von Natur aus nicht wohlwollend ist.

Auch wenn die Atomenergie ihren Beitrag zur Energieversorgung der Menschheit leistet, wird angenommen, dass ihre Rückstände das gesamte Ökosystem noch Hunderte, ja Zehntausende von Jahren schädigen!

Können Batterietechnologien human entwickelt werden? Wir hoffen, die Antwort lautet Ja. Batterietechnologien sollten human sein: durch Einbeziehung und mit dem nötigen Ziel.

Der Übergang muss erfolgen und dabei so umweltschonend wie möglich gestaltet werden. Wo die Leistung es zulässt, Natriumionen- statt Kobalt-Nickel-Kathoden. Wässrige Bindemittel aus Cellulose und Lignin anstelle von PVDF und PTFE, damit Fluor nicht in den Ofen gelangt. Elektrolyte, die nicht zu Fluorwasserstoffsäure hydrolysieren. Ehrliche Wasserbilanzierung in Sole- und Hartgesteinsminen und vollständige Sanierung nach der Stilllegung eines Standorts. Zellen, die zerlegbar sind, damit die gesetzlich festgelegten Recyclingziele in der Praxis zu konkreten Mengen werden – und Ausweise, die den Inhalt offenlegen. Autoteile leicht zugänglich und für die Öffentlichkeit reparierbar. Ausgelaufene Batterien werden legal und freiwillig recycelt.

Nichts davon ist sentimental. Es ist die einzige Variante des Übergangs, die das nächste Jahrhundert besser dastehen lässt als dieses.

Technologie wird kein eigenes Bewusstsein entwickeln. Man muss die Materialien auswählen. Diese bewusste Wahl ist das, was „human“ bedeutet – und sie liegt in unserer Hand. Eine sauberere Energieversorgung ist eine notwendige Voraussetzung für die Evolution, und ein saubererer Energieverbrauch reagiert darauf. All diese Übergänge können schrittweise erfolgen, sodass sie für alle nutzbar sind.

Sein oder Nichtsein – Über Klimawandel und Elektrifizierung (I)

2026-10-15 | Jerry Huang

I. Globale Erwärmung

Seit rund zwei Jahrhunderten basiert die moderne Wirtschaft auf einem einzigen, erstaunlichen Abkommen: Man nutzt uraltes Sonnenlicht, verbrennt es und wandelt die freigesetzte Energie in Bewegung, Wärme, Licht und Wachstum um. Es funktionierte. Es befreite Milliarden von Menschen aus der Armut, verkürzte Entfernungen und schuf die Industriezivilisation, in der wir leben. Es hinterließ aber auch eine Rechnung, und diese Rechnung wird uns nun präsentiert.

Das Kohlendioxid aus der Verbrennung fossiler Brennstoffe hat die CO₂-Konzentration in der Atmosphäre auf ein seit Millionen von Jahren nicht mehr beobachtetes Niveau ansteigen lassen, und die globale Durchschnittstemperatur hat in den letzten Jahren bereits 1,5 °C über dem vorindustriellen Niveau überschritten. Die Folgen sind nicht länger nur Modellprognosen auf Konferenzfolien; sie sind allgegenwärtig: Hitzewellen, Dürren, Starkregen, schmelzende Gletscher, Korallenbleiche und steigende Meeresspiegel.

Und gerade jetzt ereignet sich ein außergewöhnliches Ereignis. Im September 2026 entwickelte sich im äquatorialen Pazifik ein Super-El Niño – ein Ereignis vom „östlichen Typ“, dessen warmes Zentrum vor der Küste Südamerikas liegt. Die Weltorganisation für Meteorologie (WMO) geht davon aus, dass die Wahrscheinlichkeit, dass dieses Ereignis bis Februar 2027 anhält, nahezu 100 % beträgt und dass die Meeresoberflächentemperaturen im zentralen und östlichen tropischen Pazifik von Oktober bis Dezember Rekordwerte erreichen werden, mit einem Höhepunkt um Dezember. Das Nationale Klimazentrum Chinas schätzt, dass dies der stärkste El Niño seit Beginn der systematischen Beobachtungen im Jahr 1951 sein könnte; einige Prognostiker gehen von einer maximalen Temperaturabweichung in der Niño-3.4-Region von etwa 3,2–3,5 °C aus, deutlich über den 2,8 °C bisheriger Rekordereignisse.

El Niño wird nicht durch den Klimawandel verursacht – es ist eine natürliche Schwankung. Doch er trifft nun auf eine bereits anomale Ausgangslage, und genau das macht diese Kombination so gefährlich. Im Jahr 2027, wenn die volle Erwärmung durch das Ereignis spürbar wird, sind globale Rekordtemperaturen zu erwarten. Es ist mit gestörten Monsunen, Überschwemmungen in einigen Becken und Dürre in anderen, Ernteausfällen bei Palmöl, Kaffee, Reis und Zuckerrohr, marinen Hitzewellen und einer massiven Belastung der Wasser- und Energiesysteme in ganz Amerika, Asien und Ozeanien zu rechnen. Rohstoffanalysten preisen bereits Preiserhöhungen von 30–40 % bei einigen Pflanzenölen ein. Dies ist die unmittelbare Folge des Klimaproblems: keine ferne Abstraktion, sondern eine Ernte, ein Überschwemmungsgebiet, ein Stromnetz, ein Krankenhaus.

II. Das Blut der Wirtschaft

Hier liegt das Problem. Der Stoff, der diese Krise antreibt, ist zugleich das Lebenselixier der modernen Wirtschaft – und Blut lässt sich nur schwer ersetzen.

Öl ist nicht nur ein Brennstoff. Es ist ein Rohstoff für Kunststoffe, Düngemittel, Pharmazeutika, Asphalt, Schmierstoffe, Kunstfasern – die gesamte petrochemische Industrie. Es ist nach wie vor der Spitzenreiter in Sachen Energiedichte unter den Flüssigkeiten und treibt deshalb fast die gesamte Luftfahrt und den Großteil der Seeschifffahrt an. Es sichert die Logistik des Welthandels und beeinflusst durch Diesel und Düngemittel die Lebensmittelpreise. Zudem bietet es unzähligen Menschen Arbeit. Laut dem Bericht „World Energy Employment 2025“ der Internationalen Energieagentur erreichte die weltweite Beschäftigung im Energiesektor im Jahr 2024 rund 76 Millionen. Davon entfielen etwa 12,4 Millionen Arbeitsplätze auf die Öl- und Gasförderung und -verteilung, rund zwei Drittel davon – etwa 8 Millionen – allein auf die Ölversorgung. Rechnet man die indirekten und induzierten Beschäftigungseffekte in den Bereichen Dienstleistungen, Raffinerien, Transport, Petrochemie und Kraftstoffhandel hinzu, so profitieren weltweit zig Millionen Menschen von der Kohlenwasserstoffwirtschaft. In den Vereinigten Staaten zählte eine Branchenanalyse fast 19,3 Millionen Arbeitsplätze, die durch direkte, indirekte und induzierte Effekte gesichert werden. In China belief sich die Zahl der entsprechenden Arbeitsplätze auf über 3 Millionen.

Die Konzerne an der Spitze dieses Systems verfügen über historisch bedeutsame Eigeninteressen. Ihre Vermögenswerte – Bohrungen, Pipelines, Raffinerien, Tankerflotten, nachgewiesene Reserven – repräsentieren Billionen von Dollar. Ihre Geschäftsmodelle, Pensionsverpflichtungen und (in vielen Förderstaaten) ganze Staatshaushalte hängen von der anhaltenden Nachfrage ab. Es ist kaum verwunderlich, dass die Branche jahrzehntelang die Klimawissenschaft infrage stellte; ebenso wenig überrascht es, dass sie sich seither neu positioniert hat – bescheidene Portfolios erneuerbarer Energien, Werbung für die „Energiewende“, Netto-Null-Versprechen mit weit entfernten Zielen –, während die Investitionen in neue Öl- und Gasvorkommen weitergehen. Mehrere der größten Konzerne haben kürzlich ihre Ausgaben für saubere Energie erneut gekürzt und dies mit schwachen Preisen und dem Druck der Aktionäre begründet. Die Frage ist in der Tat schwer zu beantworten.

III. Elektrifiziert werden oder nicht?

Sollten Staaten und Unternehmen elektrifizierte Alternativen für den Transport in der Luft, zu Lande und zu Wasser wählen? Was tun Einzelpersonen als Nächstes?

An Land ist die Debatte weitgehend entschieden . Batterieelektrische Pkw sind in vielen Märkten über ihre gesamte Lebensdauer bereits wettbewerbsfähig, emissionsärmer, leiser und werden zunehmend von Stromnetzen geladen, die selbst dekarbonisiert werden. Elektrische Zwei- und Dreiräder dominieren den Neuwagenmarkt in weiten Teilen Asiens. Stadtbusse, Lieferwagen und Lkw für den Nahverkehr lassen sich problemlos elektrifizieren. Selbst der Schwerlastverkehr schreitet voran: Batterien und Oberleitungen werden für den regionalen Güterverkehr eingesetzt, Wasserstoff ist den längsten und kältesten Strecken vorbehalten. Die ehrliche Antwort lautet: Ja, elektrifizieren wir. Die verbleibenden Hürden – Ladeinfrastruktur, Netzkapazität, Batterielieferketten – sind technische und Investitionsprobleme, keine Prinzipienfragen.

Auf See ist die Elektrifizierung zwar nur teilweise, aber real . Fähren, Hafenschiffe, Binnenschiffe und Kurzstreckenrouten werden rasant elektrifiziert; batteriehybride Fähren sind bereits in Norwegen, China und anderen Ländern im Einsatz. Die Hochseeschifffahrt kann nicht allein mit Batterien betrieben werden – der Unterschied in der Energiedichte ist schlichtweg zu groß. Der realistische Weg ist ein Mix: elektrischer und hybrider Antrieb in Hafen- und Küstengewässern, dann grünes Methanol, Ammoniak, Wasserstoff und Windkraft für die offene See. Die Elektrifizierung des Hafens selbst – Landstrom, elektrisches Umschlagsystem, Landladestationen – ist ein großer und unmittelbarer Gewinn.

In der Luft müssen wir bescheiden sein . Batterien speichern vielleicht nur ein Vierzigstel der Energie pro Kilogramm Kerosin. Elektrisches Fliegen ist für Schulungsflugzeuge, Lufttaxis und kurze Regionalflüge praktikabel, und die Fortschritte hier sind beachtlich. Die Langstreckenluftfahrt wird in absehbarer Zeit nicht elektrifiziert werden. Nachhaltige Flugkraftstoffe, Wasserstoffflugzeuge für mittlere Strecken und vor allem Nachfragemanagement und eine faire CO₂-Bepreisung sind die entscheidenden Hebel. Zu behaupten, die Elektrifizierung werde die Luftfahrt revolutionieren, ist übertrieben und untergräbt die Glaubwürdigkeit in allen anderen Bereichen.

Und die Arbeitnehmer ? Dies ist der stärkste Einwand gegen den Energiewandel und verdient eine Antwort statt eines Slogans. Die Daten der Internationalen Energieagentur (IEA) legen nahe, dass es sich insgesamt nicht um einen Arbeitsplatzverlust handelt. Im Jahr 2024 wurde der Stromsektor – Erzeugung, Übertragung, Verteilung und Speicherung – erstmals zum größten Arbeitgeber im Energiesektor und überholte damit die Brennstoffversorgung. Fast drei Viertel der 5,4 Millionen seit 2019 neu geschaffenen Arbeitsplätze im Energiesektor entfielen auf die Stromerzeugung. Allein die Herstellung von Elektrofahrzeugen und Batterien schuf im Jahr 2024 fast 800.000 neue Arbeitsplätze, und in China sind mittlerweile rund 40 % der Beschäftigten in der Automobilindustrie mit Elektrofahrzeugen und Batterien verbunden. Notwendig ist ein gerechter Übergang: Umschulungen, regionale Unterstützung für Gemeinden, die sich um eine einzelne Raffinerie oder ein Kohlefeld angesiedelt haben, und Offenheit darüber, dass sich manche Arbeitsplätze nicht eins zu eins übertragen lassen.

IV. Die Antwort

Die Frage „Elektrifizierung ja oder nein?“ lässt sich letztlich nicht einfach mit Ja oder Nein beantworten. Die eigentliche Frage ist nicht, ob, sondern wo und wie wir die Elektrifizierung nachhaltig und umweltfreundlich gestalten können.

Elektrifizieren Sie, was sich gut elektrifizieren lässt – Straßenverkehr, urbane Mobilität, Küstenschifffahrt, Häfen, Wärmeversorgung – und zwar schnell, denn die Technologie ist bereit, und Verzögerungen kosten Menschenleben und Ernten. Für die schwierigen Sektoren – Langstreckenflüge, Hochseeschifffahrt, Schwerindustrie – sollten Sie die ehrlichen Alternativen verfolgen, anstatt so zu tun, als würden Batterien rechtzeitig verfügbar sein. Und denken Sie daran: Elektrifizierung ist nur so sauber wie das Stromnetz, das sie unterstützt. Ein Elektroauto, das mit ungeklärter Kohle geladen wird, ist nur eine Teillösung, keine vollständige.

Die Ölwirtschaft hat uns die moderne Welt beschert. Sie hat uns aber auch einen extremen El Niño beschert, der sich über einem erwärmten Planeten entwickelt. Nationen und Unternehmen stehen nicht vor der Wahl zwischen Wohlstand und Opferbereitschaft. Es geht vielmehr darum, einen Wandel bewusst zu gestalten – durch Umschulung, Investitionen und Weitsicht – oder ihn von Stürmen, Dürren, wertlosen Anlagen und Ernteausfällen erzwungen zu bekommen.

Hamlets Tragödie war die Lähmung: ein Verstand, der alle Konsequenzen vorhersehen konnte und deshalb auf keine reagierte. Uns würde es genauso ergehen, nur mit einem steigenden Thermometer. Die Elektrifizierung soll nicht alle Fahrzeuge, Schiffe und Flugzeuge mit Verbrennungsmotoren vollständig ersetzen (das kann sie nicht), sondern eine Alternative bieten; sie erfüllen einfach ihren Teil. Elektrifizierung oder nicht? Vielleicht hat jeder von uns eine andere Antwort.

LiFSI im Elektrolytdesign von Lithiumbatterien: Nachteile und Verbesserungsstrategien

2026-09-29 | Jerry Huang

Zusammenfassung

Lithiumbis(fluorsulfonyl)imid (LiFSI) gilt weithin als Lithiumsalz der nächsten Generation und soll Lithiumhexafluorophosphat (LiPF₆) in Elektrolyten für Lithium-Ionen- und Lithium-Metall-Batterien ersetzen. Seine überlegene thermische Stabilität, hohe Ionenleitfähigkeit und ausgezeichnete Hydrolysebeständigkeit machen es besonders attraktiv für Schnelllade- und Extremtemperaturanwendungen. Allerdings behindern mehrere kritische Herausforderungen – insbesondere die Korrosion des Aluminiumstromkollektors, hohe Produktionskosten, die Instabilität der Kathoden-Elektrolyt-Grenzfläche (CEI) und Bedenken hinsichtlich der thermischen Sicherheit – seine breite Anwendung. Dieser Artikel bietet eine umfassende Analyse dieser Nachteile und gibt einen Überblick über die neuesten, bis 2026 in der Literatur beschriebenen Verbesserungsstrategien.

1. Einleitung

Der weltweite Übergang zu Lithiumbatterien mit hoher Energiedichte – mit dem Ziel von >300 Wh kg⁻¹ für Elektrofahrzeuge – stellt beispiellose Anforderungen an die Elektrolytleistung. Konventionelle LiPF₆-basierte Elektrolyte, die in kommerziellen Zellen weit verbreitet sind, weisen eine geringe thermische Stabilität (Zersetzung oberhalb von ca. 80 °C), eine hohe Hydrolyseempfindlichkeit (Bildung von korrosivem Fluorwasserstoff) und eine unzureichende Tieftemperaturleitfähigkeit auf. Diese Nachteile treten insbesondere beim Schnellladen deutlich hervor, da die hohen Ströme eine signifikante ohmsche Erwärmung verursachen, die den Elektrolyten über seinen Stabilitätsbereich hinaus belastet.

LiFSI (LiN(SO₂F)₂) hat sich als vielversprechende Alternative etabliert. Das FSI⁻-Anion zeichnet sich durch eine stark delokalisierte negative Ladung über zwei Sulfonylgruppen aus, was zu einer niedrigen Gitterenergie, hoher Dissoziation und folglich zu einer überlegenen Ionenleitfähigkeit führt – typischerweise 15–30 % höher als die von LiPF₆ bei 25 °C (~10,2 mS cm⁻¹). Seine thermische Zersetzungstemperatur liegt über 200 °C, und seine Hydrolysebeständigkeit ist deutlich besser als die von LiPF₆. Aufgrund dieser Eigenschaften ist LiFSI ein Standardadditiv – und zunehmend auch ein primäres Salz – in Schnellladeelektrolyten.

Hinter diesem Versprechen verbergen sich jedoch erhebliche technische Herausforderungen, die gelöst werden müssen, bevor LiFSI LiPF₆ in großem Maßstab vollständig ersetzen kann.

2. Wichtigste Nachteile von LiFSI

2.1 Korrosion des Aluminium-Stromkollektors

Die kritischste und am häufigsten untersuchte Einschränkung von LiFSI ist seine Inkompatibilität mit dem auf der Kathodenseite von Lithium-Ionen-Zellen verwendeten Aluminiumfolien-Stromkollektor.

Mechanismus. In herkömmlichen LiPF₆-Elektrolyten zersetzt sich das PF₆⁻-Anion bei hohen Potenzialen (>4,0 V vs. Li/Li⁺) und bildet eine dünne, passivierende Schicht aus Aluminiumfluorid (AlF₃) auf der Al-Oberfläche. Dieser Film ist in organischen Lösungsmitteln unlöslich und verhindert wirksam weitere Korrosion. Im Gegensatz dazu bildet das FSI⁻-Anion keine stabile Passivierungsschicht. Stattdessen greift FSI⁻ den nativen Al₂O₃-Film an, was zu Lochfraßkorrosion und, bei längerer Zyklenbelastung, zu einer sogenannten osteoporoseähnlichen Auflösung des Al-Substrats führt.

Spannungs- und Temperaturabhängigkeit. Die Korrosion wird bei erhöhten Potenzialen (>4,3 V) und Temperaturen (>55 °C) deutlich verstärkt. Gelöste Al³⁺-Ionen können durch den Elektrolyten zur Anodenseite wandern, wo sie an parasitären Reaktionen teilnehmen – ein Phänomen, das als „Übersprechdegradation“ bekannt ist und den Kapazitätsverlust sowie den Impedanzanstieg beschleunigt.

Anfälligkeit von Edelstahl. Neben Aluminium haben jüngste Arbeiten von Yan et al. (Nature Communications, 2026) gezeigt, dass FSI⁻ auch die passive Oxidschicht auf Stromkollektoren aus Edelstahl (SUS) destabilisieren und unter Hochspannungszyklen zu starker Metallauflösung führen kann.

2.2 Hohe Produktionskosten

LiFSI ist weiterhin deutlich teurer als LiPF₆. Ende 2025 lag der Marktpreis für LiFSI bei etwa 250.000 RMB/Tonne (entspricht ca. 25 USD/kg im Schüttgutbereich) und damit etwa doppelt so hoch wie der für LiPF₆ (ca. 130.000 RMB/Tonne). Die Produktionskosten lagen zwischen 120.000 und 200.000 RMB/Tonne und waren bedingt durch folgende Faktoren:

• Komplexe, mehrstufige Synthese mit Fluorierungs-, Sulfonierungs- und Imidierungsreaktionen unter strengen Reinheitsanforderungen.

• Niedrige Gesamtausbeute aufgrund von Nebenreaktionen und der Schwierigkeit, Spurenverunreinigungen (z. B. Restchlorid, Feuchtigkeit) zu entfernen.

• Hohe Kosten für die umweltgerechte Behandlung – etwa 10.000 RMB pro Tonne Abfall – aufgrund von fluorhaltigen Nebenprodukten und sauren Abwässern.

Bei Elektrolytformulierungen, bei denen LiFSI einen zunehmenden Anteil des Salzgehalts ausmacht (bei einigen Schnellladeelektrolyten wird LiFSI als primäres Salz verwendet), können die Salzkosten über 60 % der gesamten Elektrolytherstellungskosten ausmachen, was eine Kostenreduzierung zu einem entscheidenden Hindernis für eine breite Anwendung macht.

2.3 Kathoden-Elektrolyt-Grenzflächeninstabilität (CEI) und Kathodenrissbildung

Der Zersetzungsweg von FSI⁻ unterscheidet sich grundlegend von dem von TFSI⁻ oder PF₆⁻. Unter oxidativen Bedingungen an der Kathodenoberfläche können die S–F-Bindungen in FSI⁻ gespalten werden, wodurch Spezies wie SO₂ und verschiedene Fluorsulfonatfragmente entstehen. Der resultierende CEI-Film ist mechanisch instabil und bietet bei hohen Spannungen nur unzureichenden Schutz.

Tong et al. (Materials Today, 2025) berichteten, dass LiFSI-basierte Elektrolyte Mikrorisse in Kathodenelektrodenfolien, insbesondere in hoch-nickelhaltigen Schichtoxiden (NMC811, NCA), hervorrufen können. Diese Risse legen frische Kathodenoberflächen frei, die dem Elektrolyten ausgesetzt sind, was eine kontinuierliche Elektrolytzersetzung, die Auflösung von Übergangsmetallen und einen Anstieg der Impedanz auslöst – einen sich selbst verstärkenden Degradationskreislauf.

2.4 Thermisches Durchgehen in Schnellladesystemen

Obwohl LiFSI selbst thermisch stabil ist (Zersetzungsbeginn >200 °C), unterscheidet sich das thermische Durchgehensverhalten von LiFSI-basierten Elektrolytsystemen von dem herkömmlicher LiPF₆-Formulierungen. Eine in RSC Energy & Environmental Science (2025) veröffentlichte Studie zeigte, dass LiFSI-basierte Zellen nach längeren Schnellladezyklen veränderte Wärmeerzeugungsprofile und Gasentwicklungsmuster aufweisen. Die Zersetzungsprodukte – darunter SO₂ und HF – zeigen eine andere Freisetzungskinetik, weshalb die thermischen Sicherheitsgrenzen der Zelle neu bewertet und nicht einfach von LiPF₆-basierten Systemen extrapoliert werden dürfen.

2.5 Kompatibilitätsprobleme mit Silizium-basierten Anoden

LiFSI trägt zwar zur Bildung einer SEI-Schicht bei, die reich an anorganischem LiF ist – was im Allgemeinen die mechanische Stabilität verbessert –, doch die enorme Volumenausdehnung der Siliziumanoden (~300 %) während der Lithiierung führt zu wiederholten SEI-Brüchen und -Neubildungen. Dies bedingt einen kontinuierlichen Elektrolytverbrauch, eine geringe anfängliche Coulomb-Effizienz und einen raschen Kapazitätsverlust bei längeren Lade-/Entladezyklen. Die Wechselwirkung zwischen den LiFSI-Zersetzungsprodukten und den Siliziumoberflächen erfordert eine sorgfältige Elektrolytentwicklung, um Langzeitstabilität zu gewährleisten.

3. Verbesserungsstrategien

3.1 Minderung der Aluminiumkorrosion

3.1.1 Zweisalz- und Mehrsalz-Elektrolytsysteme

Der industriell ausgereifteste Ansatz kombiniert LiFSI mit LiPF₆ in einer Zweisalzformulierung. Das PF₆⁻-Anion bildet die essentielle AlF₃-Passivierungsschicht auf dem Aluminiumstromkollektor, während LiFSI seine überlegene Leitfähigkeit und thermische Stabilität beisteuert. Kautz et al. (Journal of The Electrochemical Society, 2026) demonstrierten einen optimierten LiFSI–LiPF₆-Zweisalzelektrolyten mit kontrollierter Solvatationsstruktur, der über einen weiten Temperaturbereich von Minustemperaturen bis zu erhöhten Temperaturen eine ausgezeichnete Zyklenstabilität aufwies.

3.1.2 Boratbasierte Additive

Lithiumboratsalze – insbesondere Lithiumdifluor(oxalato)borat (LiDFOB) und Lithiumbis(oxalato)borat (LiBOB) – haben sich als hochwirksame Korrosionsinhibitoren erwiesen. Diese Verbindungen oxidieren bevorzugt an der Aluminiumoberfläche und bilden einen Schutzfilm, der den Angriff von FSI⁻ verhindert. Yan et al. (Nature Communications, 2026) zeigten, dass die Zugabe von LiDFOB die Auflösung von Aluminium und Edelstahl in LiFSI-basierten Elektrolyten gleichzeitig hemmt und somit einen doppelten Schutzmechanismus bietet.

3.1.3 Solvationsstruktur-Engineering

Ein grundlegenderer Ansatz besteht in der Umstrukturierung der Li⁺-Solvathülle, um den Zugang von FSI⁻ zur Al-Oberfläche einzuschränken. Zu den Strategien gehören:

• Hochkonzentrierte Elektrolyte (HCEs) : Bei sehr hohen Salzkonzentrationen (>3 M) wird die Anzahl freier Lösungsmittelmoleküle drastisch reduziert, und FSI⁻-Anionen werden eng an Li⁺ koordiniert, wodurch ihre Aktivität gegenüber der Al-Korrosion eingeschränkt wird.

• Fluorierte Etherlösungsmittel : Fluorierte Verdünnungsmittel wie TTE (1,1,2,2-Tetrafluorethyl-2,2,3,3-tetrafluorpropylether) und neuere Alternativen wie HFTEP verringern die oxidative Zersetzung des Elektrolyten und modifizieren gleichzeitig die Solvatationsumgebung, um den Stromkollektor zu schützen.

• Solvatationsstrukturen mit zwei Anionen : Die Zugabe von Co-Lösungsmitteln wie Tetraethylenglykoldimethylether (TEGDME) zu LiNO₃ führt zu einer stabilen Solvatationsstruktur mit zwei Li⁺-Anionen. TEGDME trägt zur Koordination von FSI⁻ weg von der Al-Oberfläche bei, während LiNO₃ die Ion-Dipol-Wechselwirkungen zwischen Li⁺ und Lösungsmittel verstärkt und einen stickstoffreichen Passivierungsfilm auf der Lithiummetalloberfläche bildet. Mit dieser Strategie wurde nach 400 Zyklen bei 55 °C eine Kapazitätserhaltung von 89,6 % erzielt.

3.1.4 Ionische Flüssigkeitsadditive

Ionische Flüssigkeiten mit Anionen wie DFOB⁻ und PO₂F₂⁻ wurden untersucht, um Lithiumverluste und Aluminiumkorrosion gleichzeitig zu reduzieren. In anodenfreien Lithium-Metall-Zellen, die mit hohen Spannungen betrieben werden, fördern diese Additive die Bildung schützender Grenzflächen sowohl auf der Kathoden- als auch auf der Stromkollektoroberfläche.

3.2 Kostenreduzierung

• Prozessoptimierung : Es werden kontinuierliche Syntheseverfahren, verbesserte Reinigungsmethoden und katalysatorgestützte Synthesewege entwickelt, um die Ausbeute zu erhöhen und die Abfallerzeugung zu reduzieren.

• Produktionsausweitung und Reifung der Lieferkette : Mit dem Ausbau der Produktionskapazitäten – insbesondere in China, wo große Elektrolythersteller in LiFSI-Produktionslinien investieren – dürften Skaleneffekte die Preisdifferenz zu LiPF₆ verringern.

• Gemischte Salzformulierungen : Die Verwendung von LiFSI als teilweisen Ersatz (z. B. 20–50 Mol-%) anstatt als vollständigen Ersatz reduziert die Salzkosten pro Zelle, während die meisten Leistungsvorteile erhalten bleiben.

3.3 Stabilisierung der Kathoden-Elektrolyt-Grenzfläche

3.3.1 Fluorierte Lösungsmittelsysteme

Fluorierte Lösungsmittel haben sich als äußerst vielversprechend für die Verbesserung der CEI-Stabilität erwiesen. Liu et al. (Nature Energy, 2026) stellten einen hybriden fluorierten ionischen Flüssigelektrolyten vor, in dem ein hochfluoriertes Kation synergistisch mit Anionen und Verdünnungsmitteln interagiert, um die Oxidationsstabilität zu erhöhen und ein zuverlässiges Zyklieren bei Spannungen über 4,5 V zu ermöglichen.

3.3.2 Sulfonamidbasierte Lösungsmittelsysteme

Ein bahnbrechender Ansatz von Xue et al. (Xi’an Jiaotong University, veröffentlicht in Advanced Materials, 2025) führte einen gemischten Sulfonamid-Elektrolyten ein, der aus LiFSI-Salz und zwei Sulfonamid-Lösungsmitteln besteht und keine weiteren Additive benötigt. Dieser Elektrolyt bildet während der ersten Lithiierung eine dichte, anorganisch reiche, selbstlimitierende Grenzschicht auf Siliziumanoden. Unter aggressiven Bedingungen (4,5 V Abschaltspannung, 5 mAh cm⁻² Flächenkapazität) erreichten NMC811||high-Si-Pouchzellen nach 1150 Zyklen eine Kapazitätserhaltung von 80 % – im Vergleich zu nur 383 Zyklen mit herkömmlichem Industrieelektrolyt.

3.4 Berücksichtigung der thermischen Sicherheit

• Systemweites Wärmemanagement : Die Wärmemanagementsysteme der Batterie müssen für LiFSI-basierte Elektrolyte neu kalibriert werden, wobei die unterschiedlichen Temperaturen für den Beginn des thermischen Durchgehens und die Gasentwicklungsprofile berücksichtigt werden müssen.

• Optimierung der Elektrolytformulierung : Durch Anpassen des Lösungsmittelverhältnisses und Einbringen von Flammschutzmitteln (z. B. phosphorhaltigen Verbindungen) kann das thermische Verhalten moduliert werden, ohne die Ionenleitfähigkeit zu beeinträchtigen.

• Charakterisierung mittels beschleunigter Ratenkalorimetrie (ARC) : Umfassende thermische Durchgehtests, die speziell auf jede LiFSI-Formulierung abgestimmt sind, sind unerlässlich, anstatt sich auf Extrapolationen von LiPF₆-Benchmarks zu verlassen.

3.5 Verbesserung der Siliziumanodenkompatibilität

• Elektrolyt-Engineering für eine robuste SEI : Kombination von LiFSI mit Co-Salzen und maßgeschneiderten Lösungsmittelsystemen zur Bildung einer SEI, die die Volumenausdehnung aufnimmt und gleichzeitig den Ionentransport aufrechterhält.

• Strategien zur Vorlithierung und künstlichen SEI : Durch die Auffüllung des Lithiumvorrats und die Vorbildung einer mechanisch nachgiebigen Zwischenphasenschicht kann die anfängliche SEI-Instabilität, die mit LiFSI auf Siliziumoberflächen verbunden ist, ausgeglichen werden.

• Elektrolyt-Engineering zur SEI-Regulierung auf Si-Anoden : Jüngste Arbeiten (OAE Publishing, EnergyZ, 2026) haben gezeigt, dass die Kombination von Ethylenglykoldiglycidylether (EGDE) mit LiFSI die Anionenzugänglichkeit durch Anpassung der Li⁺-Koordination erhöht und dadurch die SEI-Stabilität auf Siliziumpartikeln im Mikrometerbereich verbessert.

4. Zusammenfassung und Ausblick

Herausforderung 1 : Korrosion des Aluminium-Stromkollektors. Ursache : FSI⁻ passiviert die Aluminiumoberfläche nicht. Aktuell beste Lösung : LiFSI + LiPF₆-Doppelsalz + LiDFOB-Zusatz. Reifegrad : Industriell eingesetzt.

Herausforderung 2 : Hohe Produktionskosten. Ursache : Komplexe Synthese, geringe Ausbeute, Abfallbehandlung. Aktuell beste Lösung : Scale-up + Prozessoptimierung + Salzmischungen. Reifegrad : In Bearbeitung.

Herausforderung 3 : CEI-Instabilität / Kathodenrisse Ursache : S–F-Bindungsspaltung bei hoher Spannung Aktuell beste Abhilfe : Fluorierte Lösungsmittel, Sulfonamid-Elektrolyte Reifegrad : Laborvalidierung

Herausforderung 4 : Risiko des thermischen Durchgehens Ursache : Veränderte Zersetzungswege bei Schnellladung Aktuell beste Abhilfe : Thermisches Management auf Systemebene + Charakterisierung von Lichtbogenüberschlägen Reifegrad : Frühes Stadium

Herausforderung 5 : Inkompatibilität der Si-Anode Ursache : SEI-Bruch unter Volumenausdehnung Aktuell beste Abhilfe : Gemischte Sulfonamid-Elektrolyte, EGDE-Additive Reifegrad : Laborvalidierung

Die Forschung im Bereich LiFSI verlagert sich von passiver Korrosionsminderung (additivbasierter Schutz) hin zu aktivem Moleküldesign – der gezielten Beeinflussung der Solvatationsstruktur, der Anionenkoordination und der Grenzflächenchemie, um die Bedingungen für Korrosion und Instabilität grundlegend zu eliminieren. Dank kontinuierlicher Fortschritte in der Elektrolytformulierung und der Skalierung der Produktion entwickelt sich LiFSI von einem High-End-Additiv für Schnellladesysteme zu einem vielversprechenden primären Lithiumsalz der nächsten Generation.

In den kommenden Jahren werden voraussichtlich drei Trends zusammenwirken: (1) die Weiterentwicklung von Zwei- und Mehrsalz-Formulierungen, die ein optimales Verhältnis von Kosten und Leistung bieten, (2) die Entwicklung neuartiger Lösungsmittelsysteme (Sulfonamide, fluorierte Ether, ionische Flüssigkeiten), die die Herausforderungen der CEI und der Korrosion auf molekularer Ebene angehen, und (3) die kontinuierliche Senkung der LiFSI-Produktionskosten durch Prozessinnovationen und Kapazitätserweiterungen. Diese Entwicklungen positionieren LiFSI im Zentrum der nächsten großen Evolutionsstufe der Lithiumbatterie-Elektrolyttechnologie.

Referenzen

[E1] Yan, P. et al. „Mechanismus und Minderung der Auflösung von Edelstahl in LiFSI-basierten Elektrolyten.“ Nature Communications , 2026.

[E2] Liu, Q. et al. "Hybrid fluorierter ionischer Flüssigelektrolyt für Hochvolt-Lithium-Metall-Batterien." Nature Energy , 2026.

[E3] Kautz, DJ et al. „Fortschrittlicher LiFSI–LiPF₆-Elektrolyt für Anwendungen mit breitem Temperaturbereich und Schnellladefunktion.“ Journal of The Electrochemical Society , 2026.

[E4] Tong, L. et al. „Der Aufstieg von Lithiumbis(fluorsulfonyl)imid: Ein effizientes Lithiumsalz für Batterien der nächsten Generation.“ Materials Today , 2025.

[E5] Zhang, M. et al. "Herausforderungen, Strategien und Perspektiven an Grenzflächen zwischen Festkörperelektrolyten und Elektroden." EnergyZ (OAE Publishing) , 2026.

[E6] Chen, Y. et al. „Aluminiumkorrosionschemie in Hochvolt-Lithium-Metall-Batterien mit LiFSI-basierten Ether-Elektrolyten.“ ACS Applied Materials & Interfaces , 2024.

[E7] Jang, T. et al. „Einfluss der Li⁺-Solvatationsstrukturen auf die Aluminiumkorrosion in fluorierten Etherelektrolyten.“ PubMed , 2025.

[E8] Scheer, KM et al. „Anodische Auflösung des Aluminiumstromkollektors in Lithium-Ionen-Zellen mit LiFSI, LiPF₆ und LiBF₄.“ Journal of The Electrochemical Society , 2025.

[E9] Xue, W. et al. „Gemischter Sulfonamid-Elektrolyt für Lithium-Ionen-Batterien mit langer Lebensdauer.“ Advanced Materials , 2025.

[E10] „Der thermische Durchgehmechanismus von schnellladenden Lithium-Ionen-Batterien mit LiFSI-basierten Elektrolyten.“ RSC Energy & Environmental Science , 2025.

[E11] Zhang, SS „Das Geheimnis von LiFSI als einzelnes Salz in Elektrolyten niedriger bis mittlerer Konzentration aufdecken.“ Journal of Energy Chemistry , 2022.

[E12] „Elektrolytentwicklung: Ein Fahrplan von der Solvatationsstruktur zu Batterien der nächsten Generation.“ Nano-Micro Letters (Springer) , 2026.

[E13] „Elektrolyt-Engineering zur SEI-Regulierung auf Si-Anoden in Li-Batterien.“ EnergyZ (OAE Publishing) , 2026.

Niederdruck- und langlebiges Schnittstellendesign für Sulfid-Festkörperbatterien

2026-09-22 | Jerry Huang

Anmerkung der Redaktion: Am 21. April 2026 veröffentlichte das Team um Akademiemitglied Xueliang Sun und Changhong Wang vom Eastern Institute of Technology in Ningbo einen Forschungsartikel mit dem Titel „Ionische Elastomer-Grenzfläche für langlebige Festkörperbatterien unter niedrigem Druck“ in der Fachzeitschrift „Advanced Energy Materials“. Die Studie schlägt eine Strategie für eine ionenleitfähige Elastomer-Grenzfläche vor, die eine Verbundgrenzfläche bildet, welche mechanische Flexibilität mit Ionenleitfähigkeit kombiniert und so einen stabilen Betrieb von Festkörperbatterien (ASSBs) unter niedrigem Außendruck ermöglicht. Das entwickelte ionische Elastomer, bestehend aus SIBS (Styrol-Isobutylen-Styrol-Blockcopolymer) und LiTFSI-G3 (Lithiumbis(trifluormethansulfonyl)imid mit Triglyme), weist herausragende Gesamteigenschaften auf: eine Ionenleitfähigkeit von 0,3 mS cm⁻¹ bei Raumtemperatur, eine Elektrolytleitfähigkeit von bis zu 5,23 mS cm⁻¹, einen niedrigen Elastizitätsmodul von 29,8 MPa und eine exzellente thermische Stabilität (≥ 400 °C). Dank dieses Grenzflächendesigns erreicht die Batterie eine Anfangskapazität von 200 mAh g⁻¹ bei einem niedrigen Stapeldruck von nur 5 MPa und erzielt über 700 Zyklen bei 1C-Rate ein stabiles Zyklierungsverhalten. Dies ist den Bemühungen der Forscher zu verdanken, die eine Schlüssellösung für die Grenzflächenbehandlung in sulfidbasierten Festkörperbatterien entwickelt haben.

Abstrakt

Festkörperbatterien (ASSBs) gelten aufgrund ihrer hohen Energiedichte und inhärenten Sicherheit als vielversprechende Energiespeicher der nächsten Generation. Ihre praktische Anwendung wird jedoch durch den Bedarf an hohem externem Druck (typischerweise mehrere zehn Megapascal) behindert, der für den Festkörper-Festkörper-Kontakt und die langfristige Zyklenstabilität erforderlich ist. Wir berichten hier über ein ionisches Elastomer, das speziell für den stabilen Betrieb von ASSBs unter deutlich reduziertem Stapeldruck entwickelt wurde. Das Elastomer kombiniert eine mechanisch flexible Polymermatrix mit einer ionenleitenden Phase und bietet eine hohe Ionenleitfähigkeit bei Raumtemperatur (0,3 mS cm⁻¹), einen niedrigen Elastizitätsmodul (29,8 MPa), ausgezeichnete thermische Stabilität (≥ 400 °C) und eine hohe chemische Kompatibilität mit sulfidbasierten Festkörperelektrolyten (SSEs). In Kombination mit sulfidischen SSEs weist der Verbundwerkstoff eine bemerkenswerte Ionenleitfähigkeit von 5,23 mS cm⁻¹ bei Raumtemperatur auf. Die Integration dieses Komposits in Festkörperbatterien mit hochnickelhaltigen Kathoden (Ni ≥ 90 %) führt zu einer Anfangskapazität von 200 mAh g⁻¹ bei 0,05 C und einer hervorragenden Zyklenstabilität über 700 Zyklen bei 1 C unter einem niedrigen Stapeldruck von nur 5 MPa. Diese Strategie mit ionischen Elastomeren mindert die elektrochemisch-mechanische Degradation, macht den hohen Druck überflüssig und bietet einen skalierbaren Weg zu praktischen, langlebigen Festkörperbatterietechnologien.

Werfen wir einen Blick zurück auf die aktuellen Herausforderungen an Festkörper-Festkörper-Grenzflächen in sulfidbasierten ASSB:

Das Problem der Festkörper-Festkörper-Grenzfläche in sulfidbasierten Festkörperbatterien beruht im Wesentlichen darauf, dass Feststoffe sich nicht wie flüssige Elektrolyte benetzen und aneinander anhaften können. Dies führt zu schlechtem Kontakt, übermäßigen Grenzflächenreaktionen und Rissbildung. Dies stellt die größte Hürde für die Überführung von sulfidbasierten Festkörperbatterien aus dem Labor in die Massenproduktion dar. Die spezifischen Herausforderungen lassen sich in drei Kategorien einteilen: mangelnder physikalischer Kontakt, chemische Nebenreaktionen und mechanisches Versagen.

Eins. Schlechter physischer Kontakt – „offener Stromkreis“ der Ionenwege

Punktkontakt : Sowohl die Kathoden- als auch die Elektrolytpartikel sind starre Feststoffe; nach dem Mischen können sie nur einen Punkt-zu-Punkt-Kontakt mit zahlreichen Grenzflächenhohlräumen bilden, was zu behinderten Lithiumionen-Transportkanälen und einer hohen Grenzflächenimpedanz führt.

Keine Selbstheilungsfähigkeit : Bei Flüssigbatterien fließt der Elektrolyt, um Lücken zu füllen, wenn sich die Elektroden ausdehnen und zusammenziehen; sobald sich eine Festkörper-Festkörper-Grenzfläche löst, ist die Trennung dauerhaft.

Zweitens. Zahlreiche chemische Nebenreaktionen – „Vergiftung“ der Grenzfläche

Kathodenseite : Unter hohen Spannungen neigen Sulfidelektrolyte zur Oxidation und reagieren mit Kathodenmaterialien, wodurch Grenzflächenschichten mit geringer Leitfähigkeit (z. B. Li₂S, P₂Sₓ) entstehen. Es bildet sich außerdem eine Raumladungszone – Lithiumionen werden an der Grenzfläche verarmt, vergleichbar mit einer plötzlichen Geschwindigkeitsbegrenzung auf der Autobahn, was zu einem drastischen Anstieg der Impedanz führt.

Anodenseite : Im Kontakt mit Lithiummetall treten leicht Reduktionsreaktionen auf, die hochohmige Nebenprodukte erzeugen und das Wachstum von Lithiumdendriten entlang der Korngrenzen fördern, welche in den Elektrolyten eindringen und Kurzschlüsse verursachen können.

Drei. Mechanisches Versagen – „Zerfall“ nach dem Radfahren

Volumenänderungen : Beim Laden und Entladen dehnen sich die Elektrodenmaterialien aus und ziehen sich zusammen (Siliziumanoden können um über 300 % anschwellen). Nach Hunderten von Zyklen reißen die Festkörper-Kontaktflächen und delaminieren, was zu einem Kapazitätsverlust führt.

Anforderung an externen Druck : Im Labor lässt sich der Grenzflächenkontakt durch Anlegen eines externen Stapeldrucks von mehreren zehn bis mehreren hundert Megapascal erzwungen aufrechterhalten. Solche Drucksysteme sind jedoch in Fahrzeugen nicht einsetzbar. Die Erzielung eines stabilen Kontakts unter Null- oder Niedrigdruck während der Serienproduktion stellt nach wie vor eine große technische Herausforderung dar.

Sulfidelektrolyte sind besonders feuchtigkeitsempfindlich – bei Kontakt mit Wasser entsteht giftiges H₂S-Gas. Daher muss der gesamte Herstellungsprozess unter Inertgasatmosphäre oder bei extrem niedrigem Taupunkt durchgeführt werden, was die Grenzflächengestaltung zusätzlich erschwert.

Referenz

https://doi.org/10.1002/aenm.202504652

Neu entwickelte Elektrolyte ermöglichen Lithiumbatterien mit einer Energiedichte von über 700 Wh/kg

2026-03-27 | Jerry Huang

Anmerkung der Redaktion: Neu synthetisierte Materialien eröffnen Möglichkeiten für neuartige Elektrolyte, die es Lithium-Metall-Pouchzellen ermöglichen, Energiedichten von über 700 Wh/kg bei Raumtemperatur und etwa 400 Wh/kg bei -50 °C zu erreichen. Das Lithiumsalz LiFSI spielt dabei eine entscheidende Rolle. Herzlichen Dank an das Team von Akademiemitglied Jun Chen und Qing Zhao von der Nankai-Universität für ihre herausragende Forschung und ihren innovativen Ansatz. Welche neuen Erkenntnisse und Inspirationen ergeben sich aus ihrer Forschung? Schauen wir uns das genauer an.

Abstrakt

In den letzten Jahrzehnten dominierten sauerstoff- und stickstoffbasierte Liganden die Elektrolytlösungsmittel für elektrochemische Bauelemente. Die Dipol-Ionen-Wechselwirkung (Li⁺, Na⁺ usw.) bildet zwar die Grundlage für die Ionendissoziation und den Ionentransport, behindert aber den Ladungstransfer an der Elektrolyt-Elektroden-Grenzfläche. Wir zeigen hier durch die Synthese von Alkanen mit monofluorierten Strukturen, dass fluorbasierte Liganden mit gezielter sterischer Hinderung und Lewis-Basizität die Salzauflösung von mehr als 2 mol/L ermöglichen. Der auf 1,3-Difluorpropan (DFP) basierende Li-Ionen-Elektrolyt weist alle Vorteile für energiereiche und Tieftemperaturbatterien auf, darunter eine niedrige Viskosität (0,95 cP), eine hohe Oxidationsstabilität (>4,9 V) und eine Ionenleitfähigkeit von 0,29 mS/cm bei −70 °C. Durch den Einbau von Fluoratomen in die erste Solvathülle ermöglicht die schwache F–Li⁺-Koordination die Lithium-Abscheidung und -Auflösung mit einer Coulomb-Effizienz (CE) von bis zu 99,7 % und einer um eine Größenordnung höheren Austauschstromdichte als bei der O–Li⁺-Koordination bei −50 °C. Die Elektrolyte ermöglichen zudem den Betrieb von Lithium-Metall-Pouchzellen mit einer Elektrolytmenge von weniger als 0,5 g/Ah und erreichen Energiedichten von über 700 Wh/kg bei Raumtemperatur und etwa 400 Wh/kg bei −50 °C. Die in dieser Arbeit verwendeten Fluorkohlenwasserstoff-Elektrolyte (HFC) bieten einen praktikablen Ansatz für die Entwicklung elektrochemischer Systeme jenseits der traditionellen Koordinationschemie.

Referenz

https://doi.org/10.1038/s41586-026-10210-6

Eilmeldung: Skalierbarer Festkörperakku mit Vollladung in 5 Minuten auf der CES 2026 vorgestellt

2026-01-07 | Jerry Huang

Neuigkeiten von der Consumer Electronics Show (CES) 2026 in Las Vegas: Das finnische Startup Donut Lab präsentierte auf der jährlichen CES-Messe sein explosives „High-Tech“-Produkt – das Unternehmen behauptet, seine Batterie sei die weltweit erste in Serie gefertigte Festkörperbatterie (ASSB). Auf der CES 2026 kündigte Donut Lab die Markteinführung der nach eigenen Angaben weltweit ersten Festkörperbatterie an. Diese ist bereit für die OEM-Produktion und wird als erste Batterie in den Zweiradmodellen TS Pro und Ultra von Verge Motorcycles zum Einsatz kommen. Sollten die Batterien tatsächlich an Kunden ausgeliefert werden, wäre dies ein wichtiger Meilenstein auf dem Weg zur globalen Elektrifizierung und markiert den Übergang der Festkörpertechnologie vom Labor in die Serienproduktion. In einer Pressemitteilung auf seiner offiziellen Website erklärte Donut Lab, dass das Unternehmen sich der Entwicklung und Bereitstellung innovativer Elektrifizierungslösungen verschrieben hat, indem es die Leistungsgrenzen von Elektrofahrzeugen kontinuierlich erweitert und neue Technologien auf den Markt bringt. Donut Lab gestaltet die Zukunft der Mobilität. „Donut Lab freut sich, die weltweit erste Festkörperbatterie vorzustellen, die für die Erstausrüstung von Fahrzeugen geeignet ist. Die Festkörperbatterie von Donut Lab wird umgehend kommerziell eingesetzt und versorgt die bestehende Verge-Motorradpalette mit Energie.“

Berichten zufolge bietet die Festkörperbatterie von Donut Lab eine Energiedichte von 400 Wh/kg und ermöglicht so eine größere Reichweite, eine leichtere Bauweise und eine beispiellose Flexibilität beim Fahrzeug- und Produktdesign.

Der Akku kann in nur 5 Minuten vollständig aufgeladen werden, ohne dass eine Begrenzung des Ladezustands auf 80 % erforderlich ist, und er unterstützt eine sichere, wiederholte und zuverlässige vollständige Entladung.

Im Gegensatz zu herkömmlichen Lithium-Ionen-Akkus bietet dieser Festkörperakku über seine gesamte Lebensdauer einen minimalen Kapazitätsverlust. Er soll bis zu 100.000 Ladezyklen getestet haben und damit eine deutlich längere Lebensdauer als bestehende Technologien bieten. Sicherheit ist ein weiteres zentrales Merkmal: keine brennbaren flüssigen Elektrolyte, kein thermisches Durchgehen und keine Metalldendriten! Dadurch wird die Brandgefahr von Akkus grundsätzlich ausgeschlossen, was ihn extrem sicher und wahrhaft revolutionär macht. Donut Lab gab an, dass die Leistungsfähigkeit der Batterie bei Temperaturen von -30 bis über 100 Grad Celsius strengstens getestet wurde (wobei 99 Prozent der Kapazität erhalten blieben, ohne dass Anzeichen von Entzündung oder Zersetzung auftraten).

Donut Lab gibt hinsichtlich Rohstoffen und Kosten an, dass seine Festkörperbatterien vollständig aus „reichlich vorhandenen, erschwinglichen und geopolitisch sicheren Materialien“ bestehen, frei von seltenen Elementen sind und weniger kosten als Lithium-Ionen-Alternativen. Donut Lab spezifiziert jedoch nicht die spezifischen Materialien, die für die Herstellung seiner Festkörperbatteriezelle benötigt werden.

Antuan Goodwin, ein erfahrener Journalist der Automobilindustrie, konnte auf der diesjährigen CES das Festkörperbatteriemodell von Donut Lab genauer unter die Lupe nehmen. Seinen Ausführungen zufolge ist die Batterie ähnlich groß wie ein Smartphone mit großem Bildschirm (beispielsweise das iPhone 17 Pro Max) und dabei extrem leicht. Diese ultraleichte Batterie eignet sich daher zukünftig hervorragend für den Einsatz in Drohnen.

Donut Lab plant, eine Lösung zu entwickeln, um diese Batterien zu größeren 5-kWh-Akkus zu kombinieren. Jeder Akku hat eine ähnliche Größe wie die PS5-Spielkonsole. Dank ihrer geringen Größe können vier dieser Akkus im Rahmen des Motorrads Verge TS Pro verbaut werden. Dieses innovative Design profitiert von einem kreisförmigen Elektromotor, der in das Rad integriert ist und von Donut Lab im letzten Jahr angekündigt wurde. Donut Lab und Verge Motorcycles gaben am Montag bekannt, dass Verge Motorcycles als weltweit erstes Serienfahrzeug mit dieser neuen Batterie ausgestattet sein wird. Das Motorrad zeichnet sich durch eine Ladezeit von nur 10 Minuten aus und bietet eine Reichweite von bis zu 60 Kilometern pro Lademinute. Die Version Verge Ultra schafft sogar bis zu 600 Kilometer mit einer einzigen Ladung. Die Lebensdauer der Batterie von 100.000 Ladezyklen entspricht einer theoretischen Gesamtreichweite von 60 Millionen Kilometern. Selbst bei einer jährlichen Fahrleistung von 60.000 Kilometern könnte die Batterie theoretisch 1.000 Jahre halten. Manche sagen, das klingt „zu schön, um wahr zu sein“.

„Donut Lab hat eine neue, leistungsstarke Festkörperbatterie in Donut-Bauweise entwickelt, die sich für die Massenproduktion eignet und ab dem ersten Quartal 2026 in den Motorrädern von Verge Motorcycles im realen Einsatz zu sehen sein wird.“ Der Preis für die Verge TS Pro beginnt bei 29.900 US-Dollar. Neben dem Einsatz in Elektromotorrädern ist die Festkörperbatterie offensichtlich vielversprechender für den Einsatz in Elektrofahrzeugen. Goodwin erklärte, dass die Vorteile dieser Technologie bei größeren Fahrzeugen besonders deutlich zum Tragen kommen – die Gewichtsreduzierung und die verbesserte Ladegeschwindigkeit würden sich im Gebrauch verdoppeln. Donut Lab gab am Montag bekannt, mit dem Elektrofahrzeughersteller WattEV zusammenzuarbeiten, um eine ultraleichte, modulare Elektrofahrzeugplattform zu entwickeln, die die Motor- und Batterietechnologie von Donut kombiniert.

„Festkörperbatterien wurden immer als ‚in wenigen Jahren marktreif‘ beschrieben“, sagte Marko Lehtimäki, Geschäftsführer von Donut Lab. „Unsere Antwort ist anders. Sie sind schon heute marktreif. Nicht erst später.“

Um dies besser zu verstehen, betrachten wir die aktuell im Handel erhältlichen Batterien. In der Batterieindustrie existiert seit jeher das „Mundellsche Trilemma“ oder die „Unmögliche Dreifaltigkeit“, die die Schwierigkeit beschreibt, die drei Kernindikatoren von Batterien (Leistung, Kosten und Sicherheit) gleichzeitig in Einklang zu bringen. Die Optimierung eines dieser Indikatoren erfordert oft die Beeinträchtigung eines oder sogar zweier anderer.

Im Vergleich dazu liegt die Energiedichte handelsüblicher Lithium-Ionen-Akkus bei etwa 250 bis 300 Wh/kg, mit einer typischen Lebensdauer von rund 5000 Ladezyklen. Um die Lebensdauer zu verlängern, wird oft empfohlen, die Akkus nicht über 80 % aufzuladen. Sollten alle Angaben zum Donut-Akku zutreffen, übertrifft er die bestehende Technologie in praktisch jeder Hinsicht.

Welche Fortschritte haben andere Batteriehersteller bisher erzielt? Welche Pläne haben sie für die Massenproduktion ihrer Festkörperbatterien? Sunwoda kündigte im Oktober 2025 eine neue Generation von Polymer-Festkörperbatterien mit einer Energiedichte von 400 Wh/kg an, die allerdings nur 1200 Ladezyklen erreicht. Die zweite Generation der Shenxing-Superbatterie von CATL, die im April 2025 auf den Markt kam, ist bereits erhältlich und ermöglicht eine Reichweite von 520 Kilometern bei einer Ladezeit von 5 Minuten. Die Lebensdauer der LFP-Batterie der fünften Generation liegt bei über 3000 Ladezyklen.

Toyota plante ursprünglich die Massenproduktion seiner Festkörperbatterie im Jahr 2020, verschob den Termin jedoch später auf 2023, dann auf 2026 und nun auf 2027-2028. Auch Samsung SDI hat sich das Ziel gesetzt, eine skalierbare Festkörperbatterie im Jahr 2027 auf den Markt zu bringen.

CATL plant, die Kleinserienproduktion von Festkörperbatterien im Jahr 2027 und die Großserienproduktion um 2030 aufzunehmen. Hyundai und Kia gehen davon aus, dass dies nicht vor 2030 der Fall sein wird. Bloomberg NEF prognostiziert, dass Festkörperbatterien selbst im Jahr 2035 nur einen globalen Marktanteil von etwa 10 % bei Elektrofahrzeugen und Energiespeichern erreichen werden.

Investoren und Beratungsunternehmen bleiben hinsichtlich der Lithiumnachfrage im Jahr 2026 optimistisch.

2025-12-17 | Jerry Huang

Der globale Markt für Elektrofahrzeuge hat in den letzten Jahren, parallel zum weltweiten Rückgang der Subventionen für Elektrofahrzeuge, ein relativ „rationales“ Wachstum erreicht, was zu einer schwächeren Nachfrage nach Lithiumsalzen als erwartet im gleichen Zeitraum geführt hat.

Das Beratungsunternehmen Adamas Intelligence prognostizierte kürzlich, dass mit zunehmender Verbreitung von Elektrofahrzeugen der Bedarf an Energiespeichern zum entscheidenden Faktor für die Batterieproduktion und damit letztendlich auch für die Lithiumnachfrage im Jahr 2026 werden wird. Citigroup, UBS und Bernstein gehen davon aus, dass diese Expansion im Bereich der Energiespeicher im nächsten Jahr zu einem globalen Lithiummangel führen wird. Die Nachfrage nach Lithium im Energiespeichersegment dürfte im nächsten Jahr um 55 % steigen und damit das Wachstum bei Elektrofahrzeugen von 19 % deutlich übertreffen.

Eine weitere kostengünstige und umweltfreundliche Technologie zum Recycling von Lithium-Ionen-Batteriekathoden wurde vorgestellt

2025-11-25 | Jerry Huang

Anmerkung der Redaktion: Die rasante Entwicklung von Unterhaltungselektronik, Elektrofahrzeugen und Energiespeichern hat zu einer enormen Nachfrage nach Lithium-Ionen-Batterien (LIBs) geführt. Da diese jedoch nur eine Lebensdauer von 6–8 Jahren haben, werden bis 2030 voraussichtlich über 11 Millionen Tonnen Batterien ausgemustert, was zu einem beispiellosen Ressourcendruck, Umweltrisiken und wirtschaftlichen Herausforderungen führen wird. Aktuell konzentrieren sich die Recyclingbemühungen auf recycelte Kathodenmaterialien (insbesondere geschichtete Metalloxide, LMOs), die wertvolle Elemente wie Lithium, Kobalt, Nickel und Mangan enthalten.

Hier ist ein weiterer Ansatz, der vom Team um Quanquan Pang an der PKU in Zusammenarbeit mit dem Team um Jiashen Meng an der WUT zum Recycling verbrauchter Lithium-Ionen-Batteriekathoden, insbesondere von LMOs, vorgestellt wurde. Vielen Dank an alle beteiligten Forscher.

Besonders hervorzuheben ist, dass bei diesem LTMS-ECR-Verfahren verbrauchte Kathoden, die noch an Aluminiumstromkollektoren befestigt sind, direkt verarbeitet werden, ohne dass die Elektroden zuvor zu „schwarzem Pulver“ zerkleinert werden müssen. Dadurch werden die Vorbehandlungsschritte erheblich vereinfacht.

Die LTMS-ECR-Technologie soll das Potenzial haben, bei der Wiederverwertung von Altbatterien eine hohe Rentabilität von 1,86 $/kg zu erzielen, da sie wiederverwendbare, kostengünstige Schmelzsalzelektrolyte und Li2O sowie die wertvollen Nebenprodukte Co3O4 und LiCl verwendet. Dies stellt eine fast zehnfache Verbesserung gegenüber pyrometallurgischen und hydrometallurgischen Technologien dar.

Analysen der technischen, wirtschaftlichen und ökologischen Auswirkungen belegen die bemerkenswerte Wirtschaftlichkeit und die hohe CO₂-Nachhaltigkeit von LTMS-ECR. Die hohe Rückgewinnungseffizienz, der geringe Energieverbrauch und die Umweltfreundlichkeit eröffnen einen revolutionären chemischen Weg für das Recycling von Kathodenmaterialien.

Abstrakt

Die elektrochemische Wiederverwertung (ECR) bietet eine vielversprechende Strategie zur Nutzung erneuerbarer Energien für den Abbau verbrauchter Schichtmetalloxide (LMOs). Aktuelle ECR-Verfahren sind jedoch auf Hochtemperaturprozesse (bis zu 750 °C) mit Alkalicarbonat- oder -chloridschmelzen als Elektrolyte beschränkt, was einen hohen Energieverbrauch für die Wärmezufuhr zur Folge hat. In dieser Studie wird ein niedrigschmelzender Alkalichloroaluminat-Schmelzelektrolyt aus AlCl₃–LiCl vorgestellt, der die ECR-Elektrolyse bereits bei Temperaturen von nur 150 °C ermöglicht. Aufgrund der hohen Löslichkeit des Ladungsträgers O₂⁻ in der Alkalichloroaluminat-Schmelze erfährt die LMO-Kathode eine elektrochemische reduktive Destrukturierung, wodurch elementare Übergangsmetalle und Lithiumchlorid (LiCl) entstehen. Die beiden Produkte sind in der mit Li₂O versetzten Schmelze unlöslich und können durch einfaches Auslaugen mit Wasser abgetrennt werden. Durch den Einsatz einer inerten TiN-Anode wird die CO₂-Emission während der Elektrolyse vermieden, da stattdessen O₂ erzeugt wird, was zur Klimaneutralität beiträgt. Mit dem Niedertemperatur-Schmelzsalzelektrolyt-Elektrolyseverfahren (LTMS-ECR) wird eine hohe Kobalt-Rückgewinnungsrate von 97,3 % für LiCoO₂ erzielt. Technoökonomische Analysen prognostizieren, dass die LTMS-ECR-Technologie den Energieverbrauch und die CO₂-Emissionen um ca. 20 % reduziert und im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren fast zehnmal rentabler ist. Das Verfahren stellt eine revolutionäre Alternative für das energieeffiziente, nachhaltige und wirtschaftlich tragfähige Recycling von Lithium-Ionen-Batterien dar.

Referenzen

https://doi.org/10.1002/adma.202512984

Was geschieht auf dem Lithiummarkt, insbesondere auf LiPF6?

2025-10-31 | Jerry Huang

In den vergangenen vier Monaten haben viele Lithiumsalze, darunter Basissalze wie Lithiumcarbonat und Lithiumhydroxid, sowie LiPF6 und LiFSI aufgrund der Angebots- und Nachfragesituation einen deutlichen Anstieg ihrer Marktpreise erfahren.

Die Nachfrage nach Lithiumsalzen für Energiespeicher auf dem Inlandsmarkt ist in der zweiten Jahreshälfte rasant gestiegen. Zusammen mit der wachsenden Nachfrage nach Lithiumbatterien im Elektrofahrzeugmarkt, die in den üblicherweise boomenden Monaten September und Oktober zu beobachten ist, führt dies auch bei den Batterieherstellern zu einer hohen Nachfrage nach Lithium, die nahezu Vollauslastung der Produktion gewährleistet. Überraschenderweise hat auch die Nachfrage aus Übersee weiter zugenommen. Diese starke Marktnachfrage stützt den Preisanstieg von Lithiumsalzen. Da LiPF6 in China nach wie vor ein Hauptsalz für Elektrolyte ist, ist sein Preis weiterhin rasant gestiegen und wird voraussichtlich im Oktober 2025 den Preis von LiFSI übertreffen. Ähnliche Entwicklungen haben wir in der Vergangenheit schon häufiger erlebt.

Andererseits hat der Preiswettbewerb der letzten Jahre bei vielen mittelständischen und kleinen Lithiumsalzherstellern zu Produktionsausfällen geführt; auch einige führende Produzenten haben ihre Produktionskapazitäten teilweise stillgelegt, deren Wiederaufnahme zwei bis drei Monate dauern wird. Viele neu geplante Anlagen und Kapazitätserweiterungen verlaufen nicht so reibungslos wie erwartet. Nach einer zweijährigen Phase der Überkapazität ist das Angebot an Lithiumsalzen auf dem Markt vorübergehend knapp geworden.

Da die Preise für die grundlegenden Lithiumsalze wie Lithiumcarbonat und Lithiumhydroxid in den letzten vier Monaten stetig gestiegen sind, haben sich auch die Kosten für LiPF6 und LiFSI gleichzeitig erhöht.

Bislang ist LiPF6 das wichtigste Lithiumsalz für die Elektrolytproduktion auf dem chinesischen Markt, weshalb die Nachfrage derzeit höher ist als bei anderen Salzen. Wird das Ungleichgewicht zwischen Angebot und Nachfrage weiter zunehmen oder sich in naher Zukunft angleichen? Wir werden sehen.

Poworks liefert schnell und zuverlässig hochwertiges Lithiumcarbonat (Batteriequalität, technisch oder hochrein), Lithiumhydroxid, LiPF6 und LiFSI. Kontaktieren Sie uns gerne.

Ein kostengünstiges Halogenidmaterial mit hoher Energiedichte und langer Lebensdauer vorgestellt

2025-09-09 | Jerry Huang

Anmerkung der Redaktion: Im Bereich der Energiespeicherung gelten Festkörperbatterien als beste Lösung für die Energiespeichertechnologie der nächsten Generation. Ihre Entwicklung wird jedoch seit langem durch kritische Engpässe bei den Elektrodenmaterialien behindert. Herkömmliche Festkörperbatterien (ASSBs) bestehen typischerweise aus Elektroden aus aktiven Materialien, festen Elektrolyten und leitfähigen Additiven. Diese inaktiven Komponenten (die 40–50 % des Elektrodenvolumens einnehmen) reduzieren jedoch nicht nur die Energiedichte, sondern induzieren auch Grenzflächenreaktionen und erhöhen die Tortuosität des Lithium-Ionen-Transports. Obwohl „All-in-One“-Designs (Materialien mit hoher Leitfähigkeit und elektrochemischer Aktivität) diese Probleme lösen könnten, haben bestehende Materialien wie Oxide (geringe Kapazität) und Sulfide (hohe Kosten) Schwierigkeiten, die Anforderungen zukünftiger Märkte zu erfüllen. Halogenide bieten Vorteile in Bezug auf niedrige Kosten und hohe Ionenleitfähigkeit, weisen jedoch eine unzureichende elektronische Leitfähigkeit und Energiedichte auf. Daher ist die Entwicklung von All-in-One-Materialien, die hohe elektrochemische Leistung, kostengünstige Skalierbarkeit und mechanische Stabilität vereinen, zu einer kritischen Herausforderung geworden.

Hier ist ein hervorragendes Beispiel. Ein Team der University of Western Ontario in Kanada liefert in seiner Nature-Studie eine revolutionäre Antwort – es entwickelte das weltweit erste Halogenidmaterial, Li₁.₃Fe₁.₂Cl₄, mit dynamischer Selbstheilungsfähigkeit und 3-in-1-Integration (Kathode/Elektrolyt/Leiter). Durch reversible Fe²⁺/Fe³⁺-Redoxreaktionen und einen einzigartigen Mechanismus zum Übergang von spröde zu duktil behält dieses Material nach 3.000 Zyklen 90 % seiner Kapazität und erreicht eine Elektrodenenergiedichte von 529,3 Wh kg⁻¹ (skalierbar auf 725,6 Wh kg⁻¹ mit Verbunddesigns). Noch bemerkenswerter ist, dass es nur 26 % der Kosten herkömmlicher Elektroden beträgt. Synchrotronstrahlung zusammen mit Atomsimulationen enthüllte erstmals einen durch Eisenmigration induzierten Selbstheilungsmechanismus! Diese Arbeit liefert nicht nur ein Kernmaterial für Festkörperbatterien, sondern bietet auch ein Paradigmenbeispiel für ein All-in-One-Design, das Materialien, Mechanik und Elektrochemie integriert. Dank des großen Einsatzes aller Forscher.

Abstrakt

Festkörperbatterien erfordern fortschrittliche Kathodendesigns, um ihr Potenzial für hohe Energiedichte und Wirtschaftlichkeit auszuschöpfen. Integrierte All-in-One-Kathoden, die ohne inaktive leitfähige Additive und heterogene Schnittstellen auskommen, versprechen erhebliche Energie- und Stabilitätssteigerungen, werden jedoch durch Materialien behindert, denen es an ausreichender Li+/e−-Leitfähigkeit, mechanischer Robustheit und struktureller Stabilität mangelt. Hier präsentieren wir Li1.3Fe1.2Cl4, ein kostengünstiges Halogenidmaterial, das diese Herausforderungen überwindet. Durch die Nutzung reversibler Fe2+/Fe3+-Redoxreaktionen und eines schnellen Li+/e−-Transports innerhalb seines Rahmens erreicht Li1.3Fe1.2Cl4 eine Elektrodenenergiedichte von 529,3 Wh kg−1 gegenüber Li+/Li. Entscheidend ist, dass Li1.3Fe1.2Cl4 während des Ladezyklus einzigartige dynamische Eigenschaften zeigt, darunter eine reversible lokale Fe-Migration und einen Übergang von spröde zu duktil, der ein selbstheilendes Verhalten bewirkt. Dies ermöglicht eine außergewöhnliche Zyklenstabilität mit einer Kapazitätserhaltung von 90 % über 3.000 Zyklen bei einer Rate von 5 C. Die Integration von Li1,3Fe1,2Cl4 mit einem nickelreichen Schichtoxid erhöht die Energiedichte weiter auf 725,6 Wh kg−1. Durch die Ausnutzung der vorteilhaften dynamischen, mechanischen und Diffusionseigenschaften von All-in-One-Halogeniden etabliert diese Arbeit All-in-One-Halogenide als Möglichkeit für energiedichte, langlebige Kathoden in Festkörperbatterien der nächsten Generation.

Verweise

https://doi.org/10.1038/s41586-025-09153-1