Der schwer entflammbare Akku

Forscher am Oak-Ridge-Nationallabor haben ein festes Elektrolytmaterial entwickelt, das Lithium-Ionen-Energiespeicher deutlich sicherer machen soll.

Das weltweite Grounding des brandneuen Boeing-Flugzeugs 787 Dreamliner aufgrund von Batteriebränden hat es einmal mehr gezeigt: Lithium-Ionen-Akkus sind nicht ungefährlich. Wissenschaftler am Oak Ridge National Laboratory (ORNL) haben nun ein neues Elektrolytmaterial entwickelt, das die Energiespeicher sicherer machen soll – und gleichzeitig die Kapazität um das fünf- bis zehnfache erhöhen könnte.

Auch im Fall der 787-Akkus hätte sich der Hersteller zumindest für eine weniger gefährliche Elektrodenchemie entscheiden können. Beim Elektrolytmaterial, das dafür sorgt, dass die Elektronen überhaupt in Bewegung kommen, sieht das anders aus. Lithium-Ionen-Akkus enthalten stets eine brennbare Elektrolytflüssigkeit.

Ein festes Elektrolytmaterial wäre grundsätzlich deutlich sicherer, doch es war bislang schwierig, es ausreichend leitfähig zu machen. Die ORNL-Forscher setzen nun auf eine neue, vergleichsweise einfache Methode: Sie schufen eine nanostrukturierte Form eines festen Elektrolytmaterials. Die Nanostruktur soll die Leitfähigkeit ungefähr vertausendfachen – was gut genug für moderne Li-Ion-Akkus wäre. Das Team konnte außerdem bereits zeigen, dass das Material zu neuen Hochenergieelektroden kompatibel ist.

Zwar ist das feste Elektrolytmaterial noch immer nicht so leitfähig wie das flüssige, doch lässt sich dies kompensieren, indem es besonders dünn hergestellt wird. Doch selbst dann sind die Batterien insgesamt träger – sowohl beim Aufladen als auch bei der Entladung. Das wäre, sagen die Forscher, allerdings in den meisten Anwendungsszenarien nicht schlimm. Zudem lässt sich ein Akkusatz über zahlreiche Zellen verteilen, die dann auch die notwendige Beschleunigungsleistung für Elektromotoren liefern könnten.

Das feste Elektrolytmaterial macht die Batterien nicht nur sicherer, sondern könnte auch den Einsatz neuer Hochenergieelektroden erlauben, beispielsweise bei Lithium-Schwefel-Batterien, die derzeit noch mit Sicherheitsproblemen kämpfen. Ein festes Elektrolytmaterial würde bei der Stabilisierung helfen und als Barriere bei Kurzschlüssen dienen. Die Schwefel-Elektroden degenerieren zudem noch zu schnell, wenn sie mit flüssigen Elektrolytmaterialien kombiniert werden, was die Anzahl möglicher Ladezyklen klein hält. Das kann beim festen Elektrolytmaterial nicht passieren.

Noch stehen die ORNL-Forscher hier aber noch ganz am Anfang. Erst kleine Testzellen wurden produziert. Erste Ergebnisse zu den Einsatzmöglichkeiten des festen Elektrolytmaterials bei Lithium-Schwefel-Batterien sollen demnächst veröffentlicht werden. (bsc)