Akku kann Reichweite von E-Autos verdoppeln
Neues Keramik-Elektrolyt ermöglicht langlebige Lithium-Metall-Batterie
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Prüfung einer Lithium-Elektrode im Labor (Foto: Evan Dogherty) |
Ann Arbor (pte004/17.08.2018/06:15) Durchbruch in der Batterietechnik: Forscher der University of Michigan https://www.umich.edu haben einen Lithium-Metall-Akku entwickelt, der verglichen mit Lithium-Ionen-Batterien die doppelte Kapazität hat. Zugleich bannt die Bauweise die Gefahr, dass Akkus in Flammen aufgehen, wie das bei Smartphones, Elektroautos und selbst in Flugzeugen schon geschehen ist. Das Geheimnis: Statt eines flüssigen Elektrolyten, der die beiden Elektroden trennt, setzen die US-Wissenschaftler um Jeff Sakamoto, Professor für Mechanik, einen speziell strukturierten Keramikfilm ein.
Bahnbrechende Entwicklung
Es hat schon viele Versuche gegeben, keramische Elektrolyten einzusetzen. Anders als viele der heute genutzten Flüssigkeiten, können Keramiken nicht brennen, wenn es einen internen Kurzschluss gibt. Bisher ging das zu Lasten der Kapazität. "Unsere Entwicklung könnte bahnbrechend sein", sagt daher Sakamoto. Wenn sich die neuartige Batterie wirtschaftlich produzieren lässt, würden sich die Akkulaufzeiten glatt verdoppeln und damit die Reichweite von Elektroautos und die Nutzungsdauer von Smartphones.
Lithium-Metall-Batterien haben Elektroden aus Metall. Das sorgt für eine hohe Kapazität. Doch bisher flüssige Elektrolyten sorgten für Brandgefahr. In den Neunzigerjahren des vergangenen Jahrhunderts kam die Lithium-Ionen-Batterie mit einer Anode aus Graphit. Sie war weniger feuergefährdet, hatte aber eine deutlich geringere Kapazität. Sakamotos Team kehrte gewissermaßen an den Anfang zurück. Theoretisch haben Lithium-Metall-Batterien eine Kapazität von 1200 Wattstunden pro Liter. Lithium-Ionen-Akkus kommen auf gerade mal die Hälfte.
Lebensdauer drastisch verlängert
Der Keramikfilm sorgt nicht nur für eine Reduktion der Brandgefahr auf Null. Er verhindert auch Veränderungen der Elektroden, die in den Anfängen der Lithium-Metall-Batterien dafür sorgten, dass die Lebensdauer untragbar kurz war. "Wir haben die Oberfläche der Lithium-Elektroden mit unserer Keramik stabilisiert", sagt Sakamoto. Dazu kommt eine dramatische Reduzierung der Ladezeit. Während die ersten Lithium-Metall-Batterien 20 bis 50 Stunden am Ladegerät hängen mussten, braucht der neue Akku lediglich drei Stunden.
Auch die Lebensdauer konnte erheblich verbessert werden. "Wir haben unsere Batterie 22 Tage lang ständig geladen und wieder entladen", sagt Sakamoto. Er habe danach keinen Kapazitätsverlust feststellen können.
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