Kathodenmaterialien für wiederaufladbare Lithiumbatterien

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Die rasante Entwicklung vieler moderner Technologien erfordert einen erheblichen Energieverbrauch, infolgedessen steigt die Nachfrage nach fortschrittlichen Energiespeichern stark an. In den letzten zwei Jahrzehnten haben sich Lithiumionenbatterien, mit ihrer hohen Energie‐ und Leistungsdichte, als die robusteste Energiespeichertechnologie etabliert. Die Verbesserung der Kathodenmaterialien ist eine der Möglichkeiten, den Bedarf an noch besseren Batterien zu erfüllen. Die Entwicklung neuartiger Kathodenmaterialien durch Erhöhung der Zellspannung und ‐kapazität bei gleichzeitiger Stabilität ebnet daher den Weg zu den Li‐Akkus der nächsten Generation. Um dieses Ziel zu erreichen, sind das Verständnis der Materialprinzipien und das Erkennen der Probleme, mit denen moderne Kathodenmaterialien konfrontiert sind, wesentliche Voraussetzungen. Dieser Aufsatz stellt verschiedene Materialien für Hochenergiekathoden vor, die für die Konstruktion von Lithiumionenbatterien der nächsten Generation genutzt werden könnten. Hierzu gehören nickel‐ und lithiumreiche Schichtoxidmaterialien, Spinelloxide, Polyanionen, Steinsalzoxide mit Kationenfehlordnung und Konversionsmaterialien. Besonderes Augenmerk liegt auf den allgemeinen Reaktions‐ und Abbaumechanismen während des Betriebs sowie auf den wichtigsten Herausforderungen und Strategien zur Überwindung der Nachteile dieser Materialien.
Wege zu Batterien der Zukunft: Die Entwicklung neuartiger Kathodenmaterialien ebnet den Weg zur nächsten Generation wiederaufladbarer Lithiumbatterien. Wesentliche Voraussetzungen zum Erreichen dieses Ziels sind das Verständnis der Materialprinzipien und die Identifizierung der Schwachstellen derzeitiger Kathodenmaterialien.