Neuer Abschaltmechanismus für Akkus
Mit einer wärme-empfindlichen Kunststoffschicht aus Nickel und Graphen können Wissenschaftler der Standford University Akkus bei Überhitzungen abschalten und so verhindern, dass sie Brände entfachen.
Mit einer wärme-empfindlichen Kunststoffschicht aus Nickel und Graphen können Wissenschaftler der Standford University Akkus bei Überhitzungen abschalten und so verhindern, dass sie Brände entfachen.
Ein sogenanntes Hoverboard war Anfang des Jahres die Ursache für einen Brand im australischen Melbourne. Genauer gesagt: Der Akku des Gerätes hatte beim Aufladen Feuer gefangen und das Wohnhaus einer Familie zerstört. Zwar sind solche extremen Fälle eine Seltenheit. Dennoch müssen sich Entwickler von elektronischen Rollbrettern und vielen weiteren Geräten wie Laptops oder Elektroautos mit der Sicherheit der wiederaufladbaren Batterien auseinandersetzen. Wissenschaftler der Stanford University in Kalifornien wollen jetzt einen neuen Weg gefunden haben, um sich entzündende Lithium-Ionen-Akkus zu verhindern. Sie haben eine Kunststofffolie aus Nickel-Nanopartikeln und Graphen entwickelt, die ab einer bestimmten Temperatur wie ein Abschaltmechanismus im Innern der Batterie funktioniert. Anders als bisherige Lösungen soll es der Ansatz der Stanford-Forscher zulassen, die Batterie nach der Überhitzung wieder normal in Betrieb zu nehmen. Ihr Mechanismus ist damit erstmals reversibel. Zudem soll die neue Folie einen größeren Spannungsbereich als andere Kunststoff-Komposite haben.
Die Chemieingenieurin Zhenan Bao und ihre Kollegen umhüllten dazu eine der Elektroden einer herkömmlichen Lithium-Ionen-Batterie mit einer Folie aus Graphen und Nickel-Nanopartikeln, die in Polyethylen eingebettet sind. Das Graphen schützt die Partikel. Bei Raumtemperatur soll die Leitfähigkeit der Folie laut der Wissenschaftler deutlich höher sein als andere leitende Kunststoff-Komposite.
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Bei der Erhitzung über 70 Grad Celsius dehnt sich das Polyethylen so weit aus, dass es die Nickel-Partikel auseinanderdrückt. "Das bewirkt, dass die Folie nicht mehr leitet und die Elektrizität nicht mehr durch den Akku fließt", erklärt Zheng Chen, Erstautor der Studie, die in Nature Energy veröffentlicht wurde. Innerhalb einer Sekunde habe sich die Leitfähigkeit um das 100 Milliarden-Fache verringert und die Abnahme der Bewegungen der Ladungen bewirkt. Kühlte die Batterie wieder auf unter 70 Grad Celsius ab, nahm die Leitfähigkeit der Folie wieder zu und stellte die Aktivität der Batterie wieder her. Sogar nach mehreren Überhitzungen funktionierte die Folie, ohne Auswirkungen auf die Leistung der Batterie zu haben, berichten die Forscher.
(Bild: Zheng Chen / Stanford University)
Es sei außerdem möglich, genau zu steuern, ab welcher Temperatur es zur Abschaltung des Akkus kommen soll. "Ob bei 50 Grad Celsius oder 100 Grad Celsius – das lässt sich über die Anzahl der Nickel-Partikel oder über die Art von Polymer-Material regeln", erklärt die Chemieingenieurin Bao.
Ob der Abschaltmechnismus durch die integrierte Folie auch bei mechanischer Beschädigung oder Überspannung funktioniert, bleibt offen. Bisher wurde die Folie nur mit normaler Batterie-Spannung getestet. (jle)
