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Lithiumgranat

Trockenakku erhöht die Sicherheit

5. September 2016, 14:35 Uhr | Hagen Lang

Eine Scheibe des (weissen) Lithiumgranat-Elektrolyten, beschichtet mit einer (schwarzen) Lithiumverbindung als Minuspol im Labor der ETH.

Forscher der ETH Zürich haben einen trockenen Lithium-Ionen Akkumulator entwickelt, der ohne Flüssigkeiten oder Gele auskommt und sich nicht selbst entzünden kann.

Forscher der ETH Zürich haben nun einen Akku-Typen entwickelt, der im Gegensatz zu den herkömmlichen Akkus ausschliesslich aus festen chemischen Verbindungen besteht und nicht entzündlich ist. Damit könnten Unfälle mit Lithium-Ionen-Batterien vermieden werden, wie sie u.a. die Smartworld berichtete, oder Großbrände, wie der durch den Brand einer Modellbau-Batterie ausgelöste Brand der Altstadt in Steckborn am Bodensee vor einem halben Jahr.

Das herkömmliche Batteriedesign nutzt einen flüssigen oder gelförmigen Elektrolyten, in dem sich Ladungen zwischen zwei Elektroden bewegen. Die Flüssigkeit kann sich entzünden, das Gel kann aufquellen. Die Zürcher Festkörperakkus (engl. solid state batteries) verwenden dagegen einen Elektrolyten aus festem Material.

»Feste Elektrolyte beginnen nicht zu brennen, selbst wenn sie sehr stark erhitzt werden oder offen an der Luft liegen«, erklärt Jennifer Rupp. Sie ist Professorin für elektrochemische Materialien an der ETH Zürich und leitete die Entwicklung des neuen Akku-Typen.

Als festen Elektrolyten verwenden die Schweizer eine Schicht Lithiumgranat als festen Elektrolyten. Die Elektronen können durch diese Elektroden-Elektrolyt-Grenzfläche widerstandsfrei zirkulieren. Für sie fanden die Forscher auch eine verbesserte Herstellungsmethode.

»Bei der Herstellung sorgten wir dafür, dass die feste Elektrolytschicht eine poröse Oberfläche erhielt«, sagt Jan van den Broek, Master-Student in Rupps Gruppe und einer der Erstautoren der Studie. Darauf trugen die Forschenden das Material des Minuspols in flüssiger Form auf; es konnte in die Poren eindringen. Schliesslich härteten die Wissenschaftler den Akku bei 100 Grad Celsius. »Mit einem flüssigen oder gelförmigen Elektrolyten hätte man einen Akku nicht auf so hohe Temperaturen erhitzen können«, so van den Broek. Der Trick mit den Poren vergrößter die Kontaktfläche zwischen Minuspol und Elektrolyt und sorgt für schnelle Ladefähigkeit des Akkus.

Momentan funktionieren die Akkus erst ab 95°C Umgebungstemperatur gut, weil sich die Ionen dann besser bewegen können. Als Energiequelle schwebt den Forschern Abwärmeenergie aus industriellen Prozessen vor. Nach dem Beweis der prinzipiellen Funktionsfähigkeit von Festkörper-Batterien kann jetzt der Fokus auf künftige Optimierungen gelegt werden.