Ein Team der UNIST in Südkorea unter der Leitung von Professor Hyeon Jeong Lee hat die Ursache für interne Risse in einkristallinen Lithium-Nickel-Mangan-Oxid (LNMO)-Kathoden, einer kritischen Komponente in Hochleistungsbatterien, identifiziert. Ihre Forschung, die am 11. April 2025 in der Angewandte Chemie International Edition veröffentlicht wurde, bietet eine Lösung zur Verbesserung der Batterielebensdauer.
Einkristallkathoden sind zwar frei von Korngrenzen, die interkristalline Risse verursachen, aber dennoch anfällig für interne Risse bei schnellem Laden und Entladen. Das Team entdeckte, dass eine ungleichmäßige Lithiumionendiffusion lokalisierte Spannungen erzeugt, die zu Rissen führen, wenn die Festigkeit des Kristalls überschritten wird.
Die Forscher führten Magnesium in das Kristallgitter ein, um als strukturelle Stütze zu wirken, die die Kontraktion der Ionendiffusionswege hemmt und die Lithiumionenmobilität erhöht, wodurch interne Spannungen reduziert werden. Experimentelle Ergebnisse bestätigten, dass magnesiumdotierte Einkristallkathoden eine signifikante Stabilität und eine reduzierte Rissbildung unter schnellen Zyklen zeigten.
"Diese Studie bietet ein klares Verständnis der Mechanismen des mechanischen Abbaus in Einkristallkathoden", sagte Professor Lee. Die Integration von experimentellen und rechnerischen Ansätzen hat eine effektive Designstrategie zur Verbesserung ihrer strukturellen Integrität etabliert, die für die Kommerzialisierung von Hochleistungsbatterien der nächsten Generation entscheidend ist.