Die Studie wurde am 9. Oktober in einem weltweit renommierten Wissenschaftsjournal veröffentlicht.

Schwarzer Phosphor ist eine allotrope Form von weißem Phosphor. Seine einzigartige Schichtstruktur verleiht ihm eine starke Ionenleitfähigkeit und eine theoretisch hohe Ladungskapazität, was ihn zu einem vielversprechenden Elektrodenmaterial mit Schnelllade-Eigenschaften macht. Allerdings neigt schwarzer Phosphor dazu, an den Rändern seiner Schichtstruktur abzubauen, und seine gemessene Leistung liegt weit unter den theoretischen Erwartungen. Kürzlich hat ein Forschungsteam eine „Grenzflächen-Design“-Strategie angewendet, bei der schwarzer Phosphor und Graphit durch Phosphor-Kohlenstoff-Bindungen verknüpft wurden. Dieser Ansatz stabilisierte nicht nur die Materialstruktur, sondern verbesserte auch die intrinsische Leitfähigkeit des schwarzen Phosphor-Graphit-Komposits für Lithium-Ionen.

Allerdings sind Elektrodenmaterialien typischerweise mit Chemikalien beschichtet, die in Elektrolyten abgebaut werden – einige davon behindern das Eindringen von Lithium-Ionen, ähnlich wie Staub auf Glas das Licht blockiert. Das gemeinsame Forschungsteam applizierte ein dünnes Polymergel, um eine staubabweisende Beschichtung zu schaffen, die die Oberfläche des schwarzen Phosphor-Graphit-Komposits „benetzt“ und Lithium-Ionen passieren lässt.

Langsame Ladegeschwindigkeiten und begrenzte Reichweite bleiben die größten Herausforderungen in der Elektrofahrzeug-Entwicklung.

Falls eine Massenproduktion dieses Materials gelingt, könnten kompatible Kathodenmaterialien und weitere Hilfskomponenten entwickelt werden. Durch weitere Optimierungen der Lithiumbatterie-Struktur, des Wärmemanagements und des Schutzkonzepts könnten Lithium-Ionen-Batterien mit einer Energiedichte von 350 Wattstunden pro Kilogramm und Schnelllade-Fähigkeit realisiert werden.

Lithium-Ionen-Batterien mit einer Energiedichte von 350 Wattstunden pro Kilogramm könnten Elektrofahrzeugen eine Reichweite von fast 1.000 Kilometern ermöglichen. In Kombination mit Schnellladetechnologie würde dies die Nutzererfahrung von Elektroautos erheblich verbessern.