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Akkus für morgen

ZSW entwickelt neue Aktivmaterialien für Li-Ionen-Batterien

11. Mai 2012, 12:53 Uhr | Iris Stroh

Batteriematerialien

Das ZSW (Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg) ist auf der Suche nach leistungsfähigeren Batteriematerialien fündig geworden. So haben Wissenschaftler am Ulmer Standort mit Partnern folgende zwei neue Aktivmaterialien entwickelt: ein neues 5-Volt-Lithiummerallhosphat und ein mesoporöses Titanoxid.

Mit den neuen Werkstoffen wurden in Kombination mit konventionellen Elektroden bereits erfolgreich Zellen hergestellt. Die Materialien zeigen eine sehr gute Energiedichte, eine höhere Sicherheit und sind äußerst belastbar. Die Akkus wurden mit der Zellfertigungslinie des Forschungsinstituts produziert. Auf dieser Anlage können die Forscher die industrieüblichen Formate 18650- und Pouch-Zellen herstellen.

Das 5-Volt-Lithium-Mangan-Phosphat wird für positive Elektroden verwendet. Das Material zeigt eine sehr gute Energiedichte. Im Vergleich zu Standardmaterialien weist es eine höhere Sicherheit auf. Bei Überladung hat es sich als besonders resistent erwiesen. Das Lithiummetallphosphat wurde mit Industriepartnern entwickelt. Erstmals kann mehr als ein Elektron pro Übergangsmetall ausgenutzt werden. Das eröffnet eine bessere Speicherkapazität und eine hohe Zellspannung.

Für die negative Seite nutzen die Forscher mesoporöses Titanoxid. Das Material hat eine schnelle Ladefähigkeit und eine hohe Belastbarkeit auch bei tiefen Temperaturen von bis zu -40 °C. Außerdem ist das Metalloxid leicht verfügbar, nicht toxisch und relativ preiswert zu produzieren. Das Titanoxid ist aus einer Kooperation mit der Universität Ulm hervorgegangen.

Um die Leistungsfähigkeit und Qualität neuer Materialien und Materialkombinationen vollständig bewerten zu können, müssen sie in Referenzzellen erprobt werden. „Wir wollen das Potenzial neuer Batteriematerialien für die Anwendung so früh wie möglich einschätzen. Dafür testen wir sie im kompletten Zellverbund mit all den unvorhergesehenen Wechselwirkungen“, sagt Dr. Margret Wohlfahrt-Mehrens, Leiterin des ZSW-Fachbereichs Akkumulatoren Materialentwicklung in Ulm. „Die ersten Zellen haben wir bereits mit den neuen Materialien hergestellt. Diese Materialien stehen den Material- und Batterieherstellern für die Entwicklung kommerzieller Produkte zur Verfügung.“