Forscher lösen Problem explodierender Akkus
KIST-Wissenschaftler verhindern Bildung gefährlicher Dendrite mittels neuer Passivierungsschicht
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KIST-Forscher Joong Kee Lee (links) und Kollege (Foto: eng.kist.re.kr/kist_eng) |
Seoul (pte003/17.06.2021/06:10)
Zwar ist die Gefahr, dass Lithium-Ionen-Batterien in Autos, Laptops und Smartphones Feuer fangen oder gar explodieren, kleiner geworden. Vollkommen gebannt ist sie jedoch nicht. Forscher am Korea Institute of Science and Technology https://eng.kist.re.kr/kist_eng/main/ (KIST) in der Hauptstadt Seoul haben jetzt möglicherweise die ultimative Lösung gefunden: Eine Passivierungsschicht zwischen der Lithium-Elektrode und dem Elektrolyten. Sie verhindert die Bildung von sogenannten Dendriten, das sind nadelspitze Wucherungen auf der Lithium-Elektrode, die den Elektrolyten durchstoßen können. Dann berühren sie die andere Elektrode und es kommt zum Kurzschluss. Wenn die Batterie hoch aufgeladen ist kann das in einer Explosion enden.
[b]Veredelung in einem Plasma[/b]
Die Passivierungsschicht besteht aus Fullerenen, die die Forscher in einem Plasma veredelten. Plasmen entstehen, wenn Atome und Moleküle durch starke elektromagnetische Felder auseinandergerissen werden. Positiv und negativ geladene Teilchen bilden dann eine kunterbunte Mischung, die beispielsweise die Oberfläche von Kunststoffen so aufraut, dass Farbe darauf hält, etwa im Automobilbau.
[b]Kohlenstoff in Fußballform[/b]
Fullerene wiederum sind fußballförmige Moleküle aus Kohlenstoffatomen, die sich in Fünf- und Sechsecken anordnen. Sie haben vielerlei Eigenschaften, sind unter anderem gute Halbleiter, sodass sie in der Mikroelektronik eine Rolle spielen. Plasmabehandelt lassen sie Lithium-Ionen passieren, Elektronen jedoch nicht. Deshalb können Dendrite nicht wachsen. Wird die Elektrode nicht aus reinem Lithium, sondern aus Lithium-Kobaltoxid hergestellt sinkt die Kapazität nach 500 Zyklen auf 81 Prozent der Anfangskapazität, stellte das Team um Joong Kee Lee fest. Das entspricht einer Verbesserung um 60 Prozent.
[b]Suche nach preiswertem Ersatz für Fullerene[/b]
„Die effektive Unterdrückung des Dendritenwachstums auf Lithium-Elektroden ist entscheidend für die Verbesserung der Batteriesicherheit", sagt Lee. „Die von uns entwickelte Technologie zur Entwicklung hochsicherer Elektroden bietet eine Blaupause für die Entwicklung der nächsten Generation Batterien, die keine Brandgefahr darstellen." Nächstes Ziel ist es, den Prozess in den industriellen Maßstab zu überführen. Hier erweisen sich die Kosten für die Herstellung der Fullerene noch als Hindernis. „Wir wollen sie deshalb durch andere Materialien ersetzen", so Lee.
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